همه چیز در مورد باطری های شارژری

حسین غلامی یکشنبه ، ۲۹ مرداد ۹۶

۰ 61 خواندن این مطلب 5 دقیقه زمان میبرد

باتری های قابل شارژ از گروه سلول های الکتروشیمیایی ذخیره کننده انرژی الکتریکی هستند. به این نوع سلول ها، سلول های ثانویه گفته می شود زیرا واکنش های الکتروشیمیایی به صورت برگشت پذیر در آنها اتفاق می افتد. باتری های قابل شارژ در اندازه ها و انواع مختلف (برای استفاده در کاربرد ها و دستگاه های مختلف) وجود دارند و شامل باتری های دکمه ای کوچک تا باتری های مگاواتی در شبکه توزیع می شوند.
چند ترکیب شیمیایی معمول در باتری های قابل شارژ استفاده می شوند که عبارت اند از: ترکیب سرب-اسید(lead-acid)، نیکل-کادمیم(NiCd)، نیکل-ترکیب فلز(NiMH)، لیتیوم-یون (Li-ion)، و لیتیوم-یون-پلیمر(Li-ion polymer).
باتری های قابل شارژ نسبت به سایر باتری ها که برای یک بار استفاده می شوند، هزینه کمتری دارند و تاثیرات زیست محیطی کمتری برجا می گذارند. برخی از باتری های قابل شارژ در اندازه های مشابه سایر باتری ها تولید و عرضه می شوند با این تفاوت که امکان شارژ و استفاده مجدد از آنها وجود دارد.

باطری ‌های قابل شارژ استاندارد، عموماً از نوع Ni-cd یا Ni-mh می باشند. انواع Ni-mh به دلایل مزایای آشکار، به سرعت در حال گسترش و جایگزینی با انواع قدیمی‌تر Ni-cd می‌باشند. انواع Li-ion که دارای بهترین نسبت کارآیی به وزن می‌باشند، به دلیل گران بودن در موارد خاص همچون تلفن‌های همراه و کامپیوترهای کیفی کاربرد دارند. ولتاژ باتری ‌های سیلندری‌شکل عموماً برابر با ۱.۵ ولت می‌باشد که در انواع قابل شارژ Ni-cd و Ni-mh کمی کمتر از این مقدار و برابر با ۲/۱ ولت است، از طرفی وزن انواع قابل شارژ بین ۳۰ تا ۴۰ درصد بیشتر است.در حال حاضر اولین گزینه برای هر خریدار در انتخاب یک باتری قابل شارژ، انوع Ni-mh می‌باشد، کما این‌که از حدود پنج سال گذشته فرآیند جایگزینی این گونه با انواع قدیمی‌تر ‌ Ni-cd آغاز گردیده است.

باتری های لیتیوم- یون (Li-ion):

در مقایسه با وزن آنها توان بسیار بالایی دارند.

در لب تاپ ها و تلفن های همراه مدرن به کار برده شده است.

هم اکنون بازار را از دست باتری های NiMH ربوده است.

به ازای هر سلول ۳ ولت خروجی دارد بنابراین به صورت مستقیم قابل تعویض با باتری های معمول ۱.۵ ولتی نیست(در واحد هایی که به جای دو باتری ۱.۵ ولتی به کار می رود فروخته می شوند)

از لایه های ورق آلومینیوم که با اکسید کبالت پوشیده شده است و به عنوان کاتد عمل می کند، ساخته شده است و از لایه های مس پوشیده شده با مواد کربنی به عنوان آند استفاده می کند.

غشای کاتد و آند با لایه ای از پلاستیک از همدیگر مجزا شده اند و در حالی که به همدیگر پیچیده شده اند در الکترولیت مایع که محیطی از لیتیوم است، غوطه ور شده اند.

این باتری های به همان میزان باتری های NiMH انرژی تولید می کنند ولی با این تفاوت که ۴۰ درصد از آنها کوچکتر هستند، نصف آنها وزن دارند، و برای محیط زیست سالم تر هستند زیرا آنها شامل مواد سمی مانند کادیوم و جیوه نیستند.

این باتری ها در حال حاظر از باتری های NiMH گران تر هستند.

در رابطه با شارژ باتری های Li-ion نکات ایمنی باید رعایت شود به این صورت که تنها باید با از شارژهای مخصوص هر باتری از این نوع برای شارژ ان استفاده کرد.

باتری های نیکل-کادمیوم(NiCd):

این باتری ها در ابتدا انرژی مورد نیاز وسایل همراه مانند دوربین، لب تاپ و تلفن های همراه را تامین می کردند.

تا سال ۱۹۹۲ استاندارد صنعت برای کامپیوتر های همراه بود.

باتری های نیکل- کادمیم به صورت مجازی با باتری های NiMH و Li-ion جایگزین شدند.

باتری های نیکل- کادمیم دارای حافظه هستند که باعث می شود بهره آنها به بالاترین حد ممکن نرسد.

باتری های نیکل- کادمیم در صورتی که به درستی از بین نروند باعث آلودگی محیط زیست می شوند.

قیمت پایین و قابلیت توان بالای این باتری ها آنها را به بهترین گزینه برای وسایل همراه دارای موتور مانند ابزار های قدرتی تبدیل کرده است.

از هیدرواکسید نیکل و کادمیم برای الکترود و هیدرواکسید پتاسیم به عنوان الکترولیت استفاده می کنند.

باتری های نیکل- ترکیب فلز(NiMH):

ابتدا در سال ۱۹۹۰ معرفی شدند.

هیدرواکسید فلز به عنوان محصول فرآیند شارژ تولید شده است.

چگالی انرژی در حدود ۵۰ درصد بیشتر از باتری های NiCad است.

به سرعت از باتریهای نیکل- کادمیم در صنعت محاسبه سیار (پرتابل) پیشی گرفتند.

تنها تفاوت آنها با باتری های NiCd در جنس الکترود منفی است، که در آن از آلیاژ

آهن با قابلیت ذخیره مقدار زیادی الکترون استفاده شده است.

باتری ‌های Ni-mh دارای مزایای بسیاری هستند که در ادامه به برخی از مهمترین آن‌ها اشاره می کنیم:
‌‌ ظرفیت این باتری‌ها به مراتب بیشتر از انواع قدیمی‌تر است. در حال حاضر باتری ‌های Ni-mh اندازه AA با ظرفیت‌های فراتر از ۲۰۰۰ میلی آمپرساعت (MAh) وارد بازار شده‌اند و مطالعه و تحقیق برای ساخت مدل‌هایی با ظرفیت بیشتر ادامه دارد. باتری ‌های Ni-mh نسبت به باتری ‌های آلکالاین نیز از ظرفیت بیشتری برخوردارند و به خصوص در کاربردهای پرمصرف همچون دوربین‌های دیجیتال مدت سرویس‌دهی بیشتری را با هر بار شارژ کامل فراهم می‌کنند. بسیاری از شرکت‌های سازنده مدعی هستند که باتری ‌های Ni-mh ساخت آن‌ها در هر بار شارژ تا چهار یا پنج برابر یک باتری آلکالاین کارایی دارد، که البته این مقدار به عوامل بسیاری چون ظرفیت باتری ‌های، نحوه شارژ آن و نوع کاربرد بستگی دارد.
‌ در ابتدا هزینه بالاتر مانع استفاده گسترده از باتری ‌های Ni-mh بود، ولی فرآیند کاهش قیمت در پنج سال گذشته این هزینه را به مقدار معقولی رسانده است. در حال حاضر قیمت تقریبی این گونه تنها ۲۰ درصد بیشتر از Ni-cd می‌باشد این در حالی است که قیمت باتری ‌های Li-ionدر حدود دو برابر این مقدار است.

شاید بزرگترین مزیت باتری ‌های Ni-mh در عدم وجود مشکل <اثر حافظه> (Memory effect) در آن‌ها باشد. این اثر به زبان ساده افت تدریجی ولتاژ و ظرفیت در اثر عدم تخلیه کامل باتری پیش از شارژ مجدد آن می‌باشد، بنابراین استفاده‌کنندگان این گونه باتری‌ها نگرانی از بابت این مشکل ندارند.
‌ ولتاژ باتری ‌های قابل شارژ در بیشتر زمان کارکرد در حد ۲/۱ ولت باقی می‌ماند، که جریان یکدستی را فراهم می‌کند. در‌صورتی‌که ولتاژ باتری ‌های آلکالاین از مقدار ۵/۱ ولت شروع شده و تا کمتر از ۱ ولت کاهش می یابد.
‌‌ باتری ‌های Ni-mh فاقد ماده کادمیوم می‌باشند که در انواع Ni-cd کاربرد دارد. این ماده فلزی بسیار سمی و مخرب محیط زیست است، بنابراین باتری ‌های Ni-mh پاک‌تر نیز می‌باشند.
حداکثر دفعات شارژ برای باتری ‌های Ni-mh تا ۱۰۰۰ نوبت است، که بسیار بیشتر از سایر انواع باتری ‌های قابل شارژ می‌باشد. برای مقایسه به جدول ۲ توجه فرمایید.

در مقابل نقاط منفی اندکی در مورد باتری ‌های Ni-mh وجود دارد. همان‌طور که اشاره شد، قیمت تقریبی آن‌ها هنوز ۲۰درصد بیشتر از مدل‌های قدیمتر Ni-cd می‌باشد. همچنین زمان شارژ و تخلیه مجدد آن‌ها کمی بیشتر از انواع دارای کادمیوم است. این موضوع در برخی تجهیزات خاص، مزیتی برای باتری ‌های Ni-cd به حساب می آید، برای مثال در پیچ‌گوشتی‌های برقی که سرعت دوران بالایی دارند به سرعت تخلیه بالا در باتری نیازمندند، انواع Ni-cd دارای مزیت نسبی هستند.

از باتری های قابل شارژ در استارت ماشین، دستگاه های قابل حمل، وسایل نقلیه سبک (مانند ویرچر های چرخ دار برقی، کارت های گلف، دوچرخه برقی، و جرثقیل های سیار)، ابزارها و نیز دستگاه های تغذیه UPS، استفاده می شود.

به طور معمول باتری های قابل شارژ جدید باید قبل از استفاده شارژ شوند، باتری های جدید می توانند تا چند ماه انرژی را در خود ذخیره کنند و در حدود ۷۰ درصد از ظرفیت نامی خود را در دسترس بگذارند.

در کاربردهای ذخیره انرژی شبکه، زمانی که بخواهند انرژی الکتریکی را برای استفاده در زمان اوج مصرف به شبکه تزریق کنند، از باتری های قابل شارژ برای هم سطح کردن بار شبکه استفاده می کنند. همچنین در شبکه های تولید برق جدید مانند تولید برق ازانرژی خورشیدی، برای ذخیره انرژی در طول روز و مصرف آن در شب از باتری های قابل شارژ استفاده می شود.

از باتری های قابل شارژ در استارت ماشین، دستگاه های قابل حمل، وسایل نقلیه سبک (مانند ویرچرهای چرخ دار برقی، کارت های گلف، دوچرخه برقی، و جرثقیل های سیار)، ابزارها و نیز دستگاه های تغذیه UPS، استفاده می شود.

در کاربردهای ذخیره انرژی شبکه، زمانی که بخواهند انرژی الکتریکی را برای استفاده در زمان اوج مصرف به شبکه تزریق کنند، از باتری های قابل شارژ برای هم سطح کردن بار شبکه استفاده می کنند. همچنین در شبکه های تولید برق جدید مانند تولید برق از انرژی خورشیدی، برای ذخیره انرژی در طول روز و مصرف آن در شب از باتری های قابل شارژ استفاده می شود.

برچسب ها