Pile Secundare - Acumulatoare

Noţiuni intoductive

Pilele secundare sunt sisteme electrochimice de stocare (acumulare) a energiei electrice sub formă de energie chimică, a căror funcţionare se bazează pe reacţii electrochimic de active (REMA) reversibile. Desfăşurarea spontană a reacţiei electrochimice corespunde transformării energiei chimice în energie electrică şi coincide cu descărcarea acumulatorului, deci cu furnizarea de curent electric. În cursul procesului de încărcare a acumulatorului, energia electrică furnizată de o sursă de curent continuu regenerează substanţele electroactive (formă de energie chimică), REMA desfăşurându-se în sens invers celui spontan.

Diferenţele esenţiale dintre sursele electrochimice (pilele) primare şi cele secundare constă tocmai în posibilitatea reîncărcării celor din urmă. Numărul de reîncărcări posibile, pentru o pilă secundară, depinde de condiţiile de utilizare a ei şi gradul de reversibilitate al REMA. Este dorit ca aceasta din urmă să fie apropiat de 100%, pentru asigurarea unei eficienţe superioare şi a unei anduranţe mari.

Spre deosebire de pilele primare, care se epuizează după descărcare, o pilă secundară devine ineficientă numai după un număr de cicluri de încărcare-descărcare, de obicei de ordinul miilor, în urma unor transformări ireversibile legate de degradarea masei active, apariţia unor specii electric neconductoare, coroziunea unor părţi constituiente (suporturi, legături), deprecierea electrolitului (carbonatarea, sulfonarea) etc.

Stocarea (înmagazinarea) unor cantităţi, din ce în ce mai mari, de energie electrică, constituie o cerinţă a tehnologiei moderne şi este impusă de inconstanţa în timp a necesarului de energie electrică şi numărul tot mai mare al consumatorilor independenţi de reţeaua de distribuţie.

Indiferent de filieră, convenţională (centrală termo sau hidroelectrice) sau neconvenţională (centrale nucleare, eoliene, solare etc.) adoptă pentru generarea energiei electrice, stocarea ei presupune, în general, crearea de rezerve de sarcină pe baza capacităţilor neutralizante în anumite intervale de timp. În acest fel se urmăreşte:

- Nivelarea fluctuaţilor de consum;

- Atigerea unui grad înalt de utilizare a diverselor uzine generatoare de energie electrică, prin menţinerea în funcţiune la capacitate mare şi constanţă;

- Crearea de rezerve (de energie electrică) utilizabile în tandem cu sursele noi, naturale, neglijabile cum sunt: energia solară, eoliană, gradiendul de temperatură al oceanului, energia valurilor etc.

Deoarece stocarea directă a energiei electrice, ca atare, este greu de realizat şi costisituare, în practică se stochează diversele forme de energie, cum sunt energia potenţială, energia cinetică, chimică, termică, etc., reconvertibile uşor şi cu randamente ridicate, în energie electrică.

Alternativele alese pentru stocarea sunt dependente de scopul în care se face stocarea, de locul unde se realizează şi de durata ei, pe de o parte, şi de caracteristicile sistemului din punct de vedere al preţului de cost, al randamentului, pe de altă parte.

Tabel 1. Alternative pentru stocarea energiei

Forma de energie stocată Principiul stocării Convertizorul Tipul tehnologiei

Potenţială Pomparea apei

Comprimarea de aer

Supraconductibilitatea Turbina/Generator

Turbină/Generator

Generator Mecanică (fizică)

Mecanică (fizică)

Mecanică (fizică)

Cinetică Roata volantă Generator Mecanică (fizică)

Termică Acumulatoare de căldură (abur, apă, săruri topite, călduri de reacţie) Turbină/Generator Termică (fizică + chimică)

Chimică Reacţii Me/H2 + Oxidant Baterii primare şi secundare, pile de combustie Electrochimică (chimică + electrochimică)

Având la bază o REMA reversibilă, acumulatoarelor convenţionale sau neconvenţionale constituie sisteme electrochimice de stocare a energiei electrice. Din punct de vedere al cantităţii globale de energie electrică stocată, stocarea electrochimică ocupă locul trei, după stocarea sub formă de energie potenţială (pomparea apei) şi cea de acumulare de căldură (termică). Explicaţia rezidă în multiplele aplicaţii în care în general sunt de neînlocuit cu alte sisteme generatoare de energie electrică. În mod curent, acumulatoarele constituie modalitatea de bază în stocarea pe termen scurt a energiei electrice necesare funcţionării unor consumatori izolaţi, portabili sau ficşi, terestri, navali sau spaţiali.

Avantajele acumulatoarelor:

- Un grad mare de fiabilitate în exploatare;

- Compactitate (volum redus);

- Funcţionare silenţioasă şi nepoluantă;

- Intrare instantanee în funcţiune;

- Construcţie modulară şi uşoară.