Warum sind Blei-Säure-Batterien für U-Boote vorzuziehen?

Laut Wikipedia-Artikel werden Blei-Säure-Batterien zum Antrieb von U-Boot-Antriebsmotoren verwendet. U-Boote werden vom Militär eingesetzt und das Militär kann sich sehr teures Spielzeug leisten. Blei-Säure-Batterien sind billiger, haben aber eine viel schlechtere Energiedichte als beispielsweise Li-Ionen-Batterien ( hier eine Tabelle mit Eigenschaften und Energiedichte ist ein sehr wichtiger Faktor für eine U-Boot-Batterie - es gibt so wenig zusätzlichen Platz, dass selbst Menschen größer als sicher sind Die Höhe ist nicht für U-Boote ausgewählt.

Was ist an Blei-Säure-Batterien so gut, dass sie trotz ihrer geringeren Energiedichte für U-Boote vorzuziehen sind?

Im Gegensatz zu Überwasserschiffen müssen U-Boote sinken können. Jeder Kubikfuß Luftraum in einem U-Boot muss um fast 60 Pfund Gewicht ausgeglichen werden, damit ein Schiff eintauchen kann, und viele U-Boote haben zu diesem Zweck eine erhebliche Menge Ballast. Blei-Säure-Batterien haben viel weniger Energie pro Masseneinheit als Batterien auf Lithiumbasis, aber ihre Energie pro Volumeneinheit ist ziemlich respektabel (nb: etwas scheint mit dieser Wikipedia-Tabelle etwas seltsam zu sein; Blei-Säure-Batterien wiegen so viel mehr als LiIon pro Volumeneinheit dass der Unterschied in der volumetrischen Energiedichte viel geringer sein sollte als der Unterschied in der Massenenergiedichte). Wenn man die Batterien in einem U-Boot durch magische Batterien ersetzen würde, die dieselbe Energie speichern und denselben Platz einnehmen, aber fast nichts wiegen, Es wäre notwendig, Ballast hinzuzufügen, um den Gewichtsverlust auszugleichen (Verringerung des für andere Zwecke verfügbaren Volumens). Es kann durchaus sein, dass bei einigen Diesel-U-Booten die Batterien mehr als ideal wogen und daher das Gewicht der Batterien ein begrenzender Faktor (und nicht das Volumen) war, aber Atom-U-Boote haben einen viel geringeren Energiebedarf für gespeicherte Batterien als Dieselmotoren.

Außerdem haben Blei-Säure-Batterien nachweislich nicht mehr in Flammen aufgegangen als Lithium-Ionen-Batterien. Ein U-Boot ist kein guter Ort, um Dinge zu haben, die spektakulär Feuer fangen können.

Blei-Säure-Batterien gibt es schon viel länger als die meisten Alternativen - es gab keine Lithium-Batterien, als U-Boote so stark auf Batterien angewiesen waren.

Blei-Säure-Batterien vertragen aber auch Missbrauch recht gut.

Der Wikipedia-Artikel über das erste U-Boot der Royal Navy, die HMS Holland, veranschaulicht dies.

Die 1902 erbaute HMS Holland sank 1913 im Schlepptau, um verschrottet zu werden, und wurde 1982 fast 70 Jahre später aufgezogen. Wie der Artikel feststellt ...

Es ist erwähnenswert, dass die ursprüngliche Batteriebank, die mit dem Wrack geborgen wurde, dem ursprünglichen Hersteller Chloride Industrial Batteries Ltd mit Sitz in Swinton, Greater Manchester, zum Testen zur Verfügung gestellt wurde. Nach der ersten Reinigung wurden die Bleibatterien aufgeladen und als funktionsfähig befunden.

Ziemlich beeindruckend, IMO.

Mein Mann diente auf RN-U-Booten und musste nach einem Leck in den Ruhestand gehen. Dies ist überraschend häufig. Er sah Meerwasser in das Batteriefach, den Boden des U-Bootes, wie Sie vermutet haben, und nur mit Kriechraum, wodurch Chlorgas freigesetzt wurde. Das Ergebnis war, dass er und der CPO ihre berufliche Laufbahn nach dem Umgang mit dem Leck dauerhaft beendet hatten. Lithiun-Ionen-Batterien haben jedoch eine alarmierende Tendenz zur Verbrennung, insbesondere mit einem plötzlichen Ruck, weshalb Versuche einiger der fortschrittlichsten Subbauer wie der Japaner wie Stein aussahen, getestet und fallen gelassen wurden.

Wenn Sie in einem Diesel-U-Boot auftauchen und die Dieselmotoren starten, sind drei wichtige Dinge zu tun:

1. Poste einen Ausguck oder 3

2. Pumpen Sie Ihre Hochdruckluftbehälter auf.

3. Laden Sie Ihre Batterien schnell auf

Bleisäure wird diese Bestrafung (mit Vergasung) ertragen. Lithium explodiert

Wenn Sie nicht gesprungen werden, ist die Erhaltungsladung in Ordnung. Sie können die Lithiumbatterien jetzt über 6 Stunden aufladen. Bis dahin kommt Tageslicht. Tauchen. Sie können dann einen Mann mit Säureverbrennungen auf seiner Kleidung schicken, um die Blei-Säure-Batterien mit destilliertem Wasser aufzufüllen. Ich kann nichts mit Lithium aufstauen, außer eine Blindgängerzelle ersetzen

Li-Ionen-Batterien sind hinsichtlich der Energiedichte überlegen, haben jedoch wie Blei-Säure-Batterien (Chlor- und Wasserstoffgasgefahr) Probleme.

Das Hauptgehäuse und das Batteriemanagementsystem enthalten hauptsächlich thermisches Durchgehen, aber die Gase, die beim Einschmelzen der Zellen freigesetzt werden, sind anscheinend sehr giftig.

Gute Antworten hier. Hier sind noch ein paar Punkte zum Kauen.

Batterien in U-Booten sind in einem Array oder in Reihenschaltung miteinander verbunden. Bei der Robustheit von Blei-Säure-Batterien ist dies nicht besonders problematisch.

Mit moderneren Batterien, die besonders während des Ladevorgangs viel empfindlicher auf Temperatureffekte reagieren, wird es jedoch immer schwieriger, das gesamte Array sicher zu betreiben, wenn Sie das Array vergrößern. Jeder Akku muss während des Ladevorgangs einzeln überwacht werden. Das verringert die Zuverlässigkeit des Ganzen erheblich.

Ferner kann eine fehlerhafte Batterie in der Anordnung durch die verbleibenden Batterien schnell in einen gefährlichen Zustand gebracht werden. Dazu müssen besondere Maßnahmen getroffen und wirksam sein. Auch hier geht Zuverlässigkeit verloren.

Energiedichte, obwohl scheinbar eine gute Sache, ist es auch "ein zweischneidiges Schwert". Wenn Sie Ihre gesamte Leistung von etwas in der Größe eines Versandkoffers im Vergleich zu einem Raum für Bleisäuren beziehen können, ist das alles gut und schön. Jetzt müssen Sie jedoch die in diesem Akku erzeugte Wärme extrahieren und abführen. Wenn Sie so viel dichter sind, haben Sie viel weniger Oberfläche und das macht es schwieriger.

Eine Sache noch. Eines der Kriterien für alles Militärische ist die Gebrauchstauglichkeit. Blei-Säure-Batterien sind überall. Bei Bedarf kann eine Unterbesatzung einige Batterien aus Lastwagen und dergleichen herausholen, um eine schnelle Reparatur durchzuführen und wieder in See zu stechen. Exotische Batterien in einem Atoll mitten im Nirgendwo zu finden ... nicht so wahrscheinlich.

Wie für die Freisetzung von Chlorgas. Ja, das kann bei Blei-Säure-Batterien ein Problem sein, aber es ist ein geringes Risiko im Vergleich zur Kettenreaktion explodierender High-Tech-Batterien. Das Batteriefach kann gasdicht verschlossen werden, die Besatzung ist in der Verwendung von Gasmasken geschult, und Gaslecksensoren geben zahlreiche Warnungen aus, damit der Kommandant einen Notfall-Oberflächenvorgang durchführen kann, wenn er dies für sicherer als die Alternative hält. Ja, es ist böses Zeug, aber von all den Risiken, die unsere unerschrockenen U-Boote eingehen, ist es eines der weniger wahrscheinlichen, sie zu beeinflussen / zu töten.

Die Energiedichte ist nicht das einzige Maß für die Leistung. Blei-Säure-Batterien haben eine gute Fähigkeit, enormen Strom zu liefern, ohne die Spannung so stark zu beeinflussen. Dies ist wichtig bei rotierenden Geräten (z. B. Antrieben) und vielen anderen elektrischen / elektronischen Geräten.
Der andere Vorteil liegt auf der Hand ... wo viele Branchen nach leichten Batterien suchen, benötigt ein U-Boot eine große Menge an festem Ballast zum Eintauchen, und Blei-Säure-Batterien sind aus dieser Perspektive ein Kinderspiel.