Dlaczego akumulatory ołowiowo-kwasowe są lepsze dla okrętów podwodnych?

9

Zgodnie z artykułem Wikipedii akumulatory ołowiowo-kwasowe są używane do napędzania okrętowych silników napędowych. Okręty podwodne są używane przez wojsko, a wojsko może sobie pozwolić na bardzo drogie zabawki. Akumulatory kwasowo-ołowiowe są tańsze, ale mają znacznie gorszą gęstość energii niż powiedzmy akumulatory litowo-jonowe ( tutaj jest tabela z charakterystykami i gęstość energii jest bardzo ważnym czynnikiem dla baterii okrętów podwodnych - jest tak mało dodatkowej przestrzeni, że nawet ludzie wyżsi niż pewne wysokość nie jest wybrana do obsługi na okrętach podwodnych.

Co jest takiego dobrego w akumulatorach kwasowo-ołowiowych, że są one lepsze dla okrętów podwodnych nawet przy niższej gęstości energii?

batteries lead-acid

— sharptooth
źródło

2

To tylko przypuszczenie, ale 1: Wymagania dotyczące magazynowania energii są duże, więc wszystko inne byłoby znacznie droższe. 2: To wypróbowana i prawdziwa technologia, na której ludzie są szkoleni i wiedzą, jak sobie z tym radzić. 3: Nie byłbym tak pewien, co dokładnie trafi do nowszych subskrybentów, niezależnie od tego, co powie Wikipedia i ktokolwiek inny. Wiemy, że nowsze subwoofery to generatory jądrowe, więc mogą nie używać akumulatorów dużo lub wcale.

— Olin Lathrop,

1

@OlinLathrop - podczas gdy inne technologie akumulatorowe były prawdopodobnie wypróbowane w okrętach podwodnych o wysokiej wydajności, akumulatory kwasowo-ołowiowe z pewnością pokrywają wykorzystanie elektrowni jądrowych w okrętach podwodnych; po pierwsze, ponowne uruchomienie reaktora zajmuje dużo czasu i mocy, jeśli trzeba go wyłączyć. Na ogół noszą też silniki diesla jako zapasowe - ale mogą nie być w stanie przewietrzyć się na powierzchnię, aby ich użyć.

— Chris Stratton,

1

Na ogół warto wziąć wikipedię z odrobiną soli, podwójnie, jeśli chodzi o technologię wojskową.

— ObscureRobot,

1

Co powiedział ObscureRobot, okręty podwodne są dość wysoko na liście ściśle tajnych rzeczy i dość głównych czynników w wyścigu zbrojeń, wszystko, co ktoś myśli, że wie, jest albo złe, albo co najmniej 20 lat nieaktualne, bardziej prawdopodobne, że kilka pokoleń rozwój plus kilka lat.

— John U

4

Dobre akumulatory litowe są produktem ostatnich 20 lat, podczas gdy większość używanych subwooferów jest starsza.

— pjc50,

18

W przeciwieństwie do statków powierzchniowych okręty podwodne muszą być w stanie zatonąć. Każda stopa sześcienna przestrzeni powietrznej w łodzi podwodnej musi być zrównoważona przez prawie 60 funtów wagi, aby statek mógł zanurzyć się, a wiele okrętów podwodnych ma do tego celu znaczną ilość balastu. Baterie kwasowo-ołowiowe mają znacznie mniej energii na jednostkę masy niż baterie litowe, ale ich energia na jednostkę objętości jest całkiem przyzwoita (nb: coś wydaje się trochę dziwne w tej tabeli w Wikipedii; baterie kwasowo-ołowiowe ważą o wiele więcej niż LiIon na jednostkę objętości że różnica gęstości energii objętościowej powinna być znacznie mniejsza niż różnica gęstości energii masy). Gdyby zastąpić baterie w łodzi podwodnej magicznymi bateriami, które magazynowały tę samą energię i zajmowały tę samą przestrzeń, ale ważyły prawie nic, konieczne byłoby dodanie balastu, aby zrekompensować utratę wagi (zmniejszenie objętości dostępnej do innych celów). Może się zdarzyć, że w niektórych okrętach podwodnych akumulatory ważyły więcej niż idealnie, a zatem ciężar akumulatorów był czynnikiem ograniczającym (a nie objętościowym), ale okręty atomowe mają znacznie mniejsze zapotrzebowanie na energię zgromadzonego akumulatora niż silniki diesla.

Ponadto akumulatory kwasowo-ołowiowe mają bardziej sprawdzoną historię, że nie wybuchają płomieniami niż akumulatory litowo-jonowe. Okręt podwodny nie jest dobrym miejscem na rzeczy, które mogą spektakularnie się zapalić.

— supercat
źródło

2

Mogą nie mieć skłonności do spalania, chociaż akumulatory kwasowo-ołowiowe mają niezwykle nieprzyjemny zwyczaj tworzenia chloru gazowego, jeśli woda morska zalewa ich elektrolit i mogą same uwalniać wodór wybuchowy.

— Chris Stratton,

@ChrisStratton: Nie słyszałem o problemie z chlorem (co można by zredukować, aby zrównoważyć utlenianie 2Cl- do Cl2? Sądzę, że Na + chciałby pozostać Na +). Widzę, że zatapianie wody morskiej może stanowić problem, jeśli akumulatory znajdują się w najniższej części statku (co prawdopodobnie miałoby służyć jako balast).

— supercat

2

@Majenko: Nie zapomnij Murphy - gazowanie na pewno nastąpi, gdy będzie najmniej potrzebne i oczekiwane.

— sharptooth

1

Załóżmy, że wybieram baterie do okrętów podwodnych z silnikiem Diesla. Jeśli mam akumulatory o lepszej gęstości energii objętościowej, oznacza to, że mogę mieć więcej energii w tej samej objętości, a jeśli potrzebuję dodatkowego ciężaru, mogę po prostu dodać bloki ołowiu - są obojętne i mają bardzo wysoką gęstość i mogą być umieszczone w dowolnym miejscu na łodzi podwodnej w przeciwieństwie do akumulatorów, które wymagają konserwacji i mają wiele wymagań dotyczących pozycjonowania.

— sharptooth

2

@Majenko - „Sądzę, że gdyby łódź podwodna wypełniała się wodą morską, chętnie zgazowaliby ją przed utonięciem”. Jeśli powódź nie stanie się natychmiast katastrofą, załogi będą ciężko pracować, aby ją zatrzymać i wiadomo, że robią to z powodzeniem. Ciężko jest pracować w atmosferze chloru. Zobacz „Dulce et Decorum” Wilfreda Owena. I nie, uduszenie chlorem nie jest lepsze niż utonięcie - jest wolniejsze, ponieważ płuca stopniowo wypełniają się płynem.

— WhatRoughBeast,

10

Akumulatory kwasowo-ołowiowe były znacznie dłuższe niż większość alternatyw - akumulatory litowe nie istniały, gdy okręty podwodne tak bardzo opierały się na akumulatorach.

Ale akumulatory kwasowo-ołowiowe dość dobrze znoszą również nadużycia.

Ilustruje to artykuł w Wikipedii na temat pierwszej łodzi podwodnej Royal Navy, HMS Holland .

Zbudowany w 1902 roku HMS Holland zatonął w 1913 roku podczas holowania, aby go złomować, i został podniesiony prawie 70 lat później, w 1982 roku. Jak zauważa artykuł ...

Warto zauważyć, że oryginalny zestaw baterii, odzyskany wraz z wrakiem, został przekazany do testów oryginalnemu producentowi, Chloride Industrial Batteries Ltd z siedzibą w Swinton, Greater Manchester. Po wstępnym czyszczeniu akumulatory ołowiowe zostały ponownie naładowane i stwierdzono, że są w dobrym stanie technicznym.

Całkiem imponujące, IMO.

— Brian Drummond
źródło

Uwielbiam takie historie. Niezłe znalezisko.

— Wossname

Wiem, że to historia Wiki, ale pamiętałem wtedy artykuł na ten temat (w czasopiśmie IEE).

— Brian Drummond,

Nigdzie w tym artykule nie podano rodzaju baterii. Mogły być żelaznym niklem

— Dan D.

Artykuł z 1980 roku, który pamiętam, potwierdził, że to kwas ołowiowy. W każdym razie Edison opatentował Ni-Fe tylko w tym samym roku, w którym uruchomiono HMS Holland, a kwas ołowiowy istnieje już od ponad 40 lat.

— Brian Drummond,

6

Mój mąż służył na okrętach podwodnych RN i został zmuszony do przejścia na emeryturę po wycieku, są to zaskakujące pospolite, widziałem, jak woda morska wchodzi do przedziału baterii, na dole łodzi, jak się domyślacie, i tylko z pełzającym pomieszczeniem, które uwalniało gazowy chlor. W rezultacie zarówno on, jak i CPO zakończyli karierę zawodową na stałe po usunięciu wycieku. Akumulatory litowo-jonowe mają jednak alarmującą tendencję do spalania, zwłaszcza z nagłym wstrząsem, stąd próby niektórych z najbardziej zaawansowanych konstruktorów, takich jak Japończycy, wyglądały, testowane i upuszczane jak kamień.

— Jackie Jarrett
źródło

4

Kiedy wynurzasz się na diesla i podpalasz diesle, trzy najważniejsze rzeczy do zrobienia:

Opublikuj punkt obserwacyjny lub 3
Napompuj swoje wysokociśnieniowe zbiorniki powietrza.
Szybkie ładowanie baterii

Kwas ołowiowy podejmie tę karę (z gazowaniem). Lit wysadza się w powietrze

Jeśli nie dostaniesz skoku, ładowanie pływakowe jest OK. Możesz teraz uzupełniać baterie litowe w ciągu 6 godzin. Do tego czasu nadchodzi światło dzienne. Nurkować. Następnie możesz wysłać faceta z poparzeniami kwasowymi na jego ubrania, aby uzupełnić akumulatory kwasowo-ołowiowe wodą destylowaną. Z litem nie można zrobić nic cholernego, z wyjątkiem wymiany celi niewypałowej

— Bert Pryor
źródło

+1 „z wyjątkiem wymiany komórki niewypałowej”, co może nie być takie łatwe, jeśli nie masz części zamiennych i dzieli Cię tylko pół globu.

— Trevor_G,

Nie. Jeśli wykrycie jest problemem, nie chcesz się naładować, nurkujesz - odkryli, że około 1943 r., Kiedy radar zaczął być problemem.

— Chris Stratton,

3

Baterie litowo-jonowe są lepsze pod względem gęstości energii, ale podobnie jak baterie ołowiowe (niebezpieczeństwo chloru i wodoru) mają problemy.

Uciekające ciepło w głównej części zostało zatrzymane przez obudowę stosu i system zarządzania baterią, ale gazy wydzielane podczas topienia ogniw są najwyraźniej bardzo toksyczne.

— użytkownik43545
źródło

1

Ponadto akumulatory ołowiowo-kwasowe to niezwykle dobrze znana technologia. Wiemy, jak długo wytrzymują, są wytrzymali i ogólnie nie mają wielkich niespodzianek. Litowo-jonowa nie jest dobrze znane, a czasami do posiadają nieoczekiwane właściwości.

— vidarlo,

1

Dobre odpowiedzi tutaj. Oto kilka dodatkowych punktów do przeżuwania.

Baterie w okrętach podwodnych są podłączone szeregowo lub szeregowo równolegle. Dzięki solidności akumulatorów kwasowo-ołowiowych nie jest to szczególnie problematyczne.

Jednak w przypadku nowocześniejszych akumulatorów, które są znacznie bardziej wrażliwe na wpływ temperatury, szczególnie podczas ładowania, coraz trudniej jest zapewnić bezpieczne działanie całej tablicy, gdy zwiększasz jej rozmiar. Każdy akumulator musi być indywidualnie monitorowany podczas ładowania. To znacznie zmniejsza niezawodność całości.

Ponadto uszkodzona bateria w układzie może szybko doprowadzić do niebezpiecznego stanu przez pozostałe baterie. Aby temu zaradzić, należy wprowadzić specjalne środki. Ponownie spada niezawodność.

Gęstość energii, choć z pozoru dobra, jest także „mieczem o podwójnej krawędzi”. Jeśli możesz uzyskać całą moc z czegoś wielkości bagażnika transportowego w porównaniu do pomieszczenia na kwasy ołowiowe, to wszystko jest w porządku. Jednak teraz musisz wyodrębnić i pozbyć się ciepła wytwarzanego w tym zestawie akumulatorów. Bycie tak gęstszym oznacza, że masz znacznie mniejszą powierzchnię, co sprawia, że jest to trudniejsza propozycja.

Jeszcze jedna rzecz. Jednym z kryteriów wojskowych czegokolwiek jest użyteczność. Akumulatory kwasowo-ołowiowe są wszędzie. W razie potrzeby pomocnicza załoga może wyjąć niektóre akumulatory z ciężarówek itp., Aby wykonać szybką naprawę i ponownie wypłynąć w morze. Znalezienie egzotycznych baterii na jakimś atolu w szczerym polu… mało prawdopodobne.

Jeśli chodzi o uwalnianie chloru gazowego. Tak, może to być problem z akumulatorami kwasowo-ołowiowymi, ale jest to niewielkie ryzyko w porównaniu z reakcją łańcuchową wybuchających akumulatorów o wysokiej technologii. Komora baterii może być uszczelniona gazem, załoga jest przeszkolona w zakresie używania masek przeciwgazowych, a czujniki wycieku gazu dają wiele ostrzeżeń, aby umożliwić dowódcy wykonanie awaryjnej procedury powierzchniowej, jeśli uzna to za bezpieczniejsze niż alternatywa. Tak, to paskudne rzeczy, ale ze wszystkich ryzyk, które znoszą nasi nieustraszeni podwodniacy, jest to jedno z mniej prawdopodobne, że wpłynie na nich / zabije ich.

— Trevor_G
źródło

Istnieje wiele artykułów wskazujących, że niektóre z najnowocześniejszych okrętów podwodnych zrobić baterie litowe wykorzystanie.

— Chris Stratton,

@ChrisStratton, tak, jestem pewien, że są. Nie zmienia to jednak niczego, co powiedziałem.

— Trevor_G,

0

Gęstość energii nie jest jedyną miarą wydajności. Akumulatory kwasowo-ołowiowe mają dobrą zdolność do dostarczania ogromnego prądu bez wpływu na napięcie. Jest to ważne w przypadku urządzeń wirujących (takich jak napęd) i wielu innych urządzeń elektrycznych / elektronicznych.
Inna zaleta jest oczywista ... tam, gdzie wiele gałęzi przemysłu chce stworzyć lekkie akumulatory, łódź podwodna potrzebuje ogromnej ilości stałego balastu, aby zanurzyć się, a akumulatory kwasowo-ołowiowe nie są z tej perspektywy oczywiste.

— Dójka
źródło

Trochę wątpliwe jest, czy szczytowa moc jest tak naprawdę problemem - gdy masz wystarczająco dużo baterii na godziny pływania, szczytowy sprint może nie być tak wysoki jak na rzeczywiste ogniwo. I inaczej niż w przypadku silnika piasty roweru elektrycznego (w którym stosuje się ogniwa litowe ), tak naprawdę nie masz dużych wymagań dotyczących momentu rozruchowego. To powiedziawszy, że drugą technologią akumulatorową, która wydaje się być faktycznie zastosowana, był niklowo-kadmowy, który słynie z wspierania wysokich szczytowych wymagań.

— Chris Stratton