????? ??? ?????? ? ?????


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.
 
 

موارد استفاده:
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.
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 70 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.
شارژ و دشارژ(خالی شدن باتری بر اثر مصرف):
در پروسه شارژ باتری قطب مثبت باتری اکسیده می شود و در این فرایند الکترون (حامل بار الکتریکی) تولید می شود و قطب منفی باتری به عنوان مصرف کننده که الکترون ها را جذب می کند عمل می کند. این انتقال الکترون باعث تولید جریان الکتریکی در مدار الکتریکی خارجی باتری می شود. الکترولیت می تواند به عنوان بافر برای یون در حال جریان بین الکترودها(همانند آنچه در باتری های لیتیوم-یون و نیکل-کادمیم اتفاق می افتد) عمل کند. الکترولیت همچنین می تواند در واکنش الکتروشیمیایی نقشی فعال داشته باشد (همانند آنچه در سلول های سرب-اسید دیده می شود).

 
انرژی که برای شارژ باتری استفاده می شود معمولا از شارژر باتری که به برق متناوب (AC)  پریز متصل است، تامین می شود. شارژ باتری توسط شارژر می تواند از چند دقیقه در شارژرهای سریع تا چند ساعت طول بکشد. بیشتر باتری ها این قابلیت را دارند که بسیار سریعتر از زمانی که شارژر برای شارژ نیاز دارد، شارژ شوند. شارژهایی وجود دارند که می توانند باتری ها ی NiMH را در 15 دقیقه شارژ کنند. شارژهای سریع باید از چند شیوه مختلف برای تشخیص شارژ کامل استفاده کنند(مانند تشخیص از طریق ولتاژ، دما و ... .  )، تا بتوانند قبل از اینکه به باتری به دلیل شارژ بیش از حد صدمه برسد، فرآیند شارژ را متوقف کنند.
باتری های  چند سلولی قابل شارژ در صورتی که به صورت کامل دشارژ شوند در معرض آسیب به سلول های خود خواهند بود. در حال حاضر شارژرهایی که میزان جریان شارژکننده را تنظیم می کنند وجود دارند. باید توجه داشت که تلاش برای شارژ باتری های غیر قابل شارژ می تواند باعث انفجار این باتری ها شود. باتری های مایع که در ماشین استفاده می شوند نیز از نوع باتری قابل شارژ محسوب می شوند و با تعویض مایع الکترولیتی موجود در آنها شارژ می شوند.
یادداشت های تکنیکی تولید کنندگان باتری معمولا دارای اصطلاح VPC هستند که به معنی مقدار ولت هر سلول تشکیل دهنده باتری می باشد. به عنوان مثال برای شارژ یک باتری 12 ولتی ( که از 6 سلول 2 ولتی تشکیل شده است) با VPC 2.3  به مقدار ولتاژ 13.8 (2.3*6) در ترمینال های شارژ نیاز دارید. باتری های غیر قابل شارژ قلیایی و سلول های زینک- کربن زمانی که نو باشند ولتاژ 1.5 ولت دارند ولی ولتاژ به تدریج شروع به افت می کند. بیشتر باتری های NiMH AAو AAA سلول های 1.2 ولتی دارند و می توانند به جای باتری های قلیایی در وسایل استفاده شوند.
عمق دشارژ:
DOD یا عمق دشارژ معمولا به صورت درصد ظرفیت نامی آمپر-ساعت بیان می شود؛ DOD 0 درصد به معنی عدم دشارژ است. از آنجایی که ظرفیت قابل استفاده باتری به نرخ دشارژ (یا مصرف) آن و نیز ولتاژ قابل استفاده در پایان مرحله دشارژبستگی دارد، عمق دشارژ باید برای نشان دادن نحوه اندازه گیری آن، تعیین شود.  به دلیل تفاوت های موجود هنگام تولید،  معیار عمق دشارژ برای تخلیه کامل باتری در طول زمان و یا در طول دوره های تخلیه، می تواند تغییر کند. به طور کلی هرچه عمق دشارژ در دوره های مختلف شارژ/دشارژ کمتر باشد، سیستم باتری قابل شارژ در مقابل این دوره ها تحمل و مقاومت بیشتری خواهد داشت.
 
اجزای فعال:
اجزای فعال در سلول ثانویه، مواد شیمیایی هستند که ماده فعال دارای بار مثبت و منفی را در الکترولیت تولید می کنند. بار مثبت و منفی از مواد مختلفی شاخته شده اند که در آن بارمثبت نشان دهنده کاهش پتانسیل و بار منفی دارای پتانسیل اکسایشی هستند. مجموع این پتانسیل ها همان پتانسیل استاندارد یا ولتاژ سلول باتری است.
در سلول های اولیه الکترودهای مثبت و منفی به ترتیب به عنوان کاتد و آند شناخته می شدند. اگرچه این قرارداد گاهی به سیستم های قابل شارژ مخصوصا سلول های  لیتیوم- یون که بر اساس سلول های لیتیوم اولیه هستند، اعمال می شود؛ ولی این کار می تواند موجب سردرگمی شود. زیرا، در سلول های قابل شارژ الکترود مثبت در زمان دشارژ کاتد است و در زمان شارژ آند، و این مساله به صورت معکوس برای الکترود منفی نیز وجود دارد.
 
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 3 ولت خروجی دارد بنابراین به صورت مستقسم قابل تعوض با باتری های معمول 1.5 ولتی نیست(در واحد هایی که به جای دو باتری 1.5 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  40 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 1992 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 1990 معرفی شدند.
  • هیدرواکسید فلز به عنوان محصول فرآیند شارژ تولید شده است.
  • چگالی انرژی در حدود 50 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 قلمی قابل شارژ:
این باتری ها دقیقا مانند باتری های دیگر عمل می کنند با این تفاوت که می توان آنها را شارژ کرد.
مانند باتری های اولیه باتری قلمی قابل شارژ دارای 4 قسمت اصلی می باشد- الکترود مثبت(کاتد)، الکترود منفی                                                                                            (آند)ف جداکننده والکترولیت. تفاوت در این است که مواد شیمیایی داخل آنها فرایند برگشت را نیز می توانند دنبال کنند و باتری خالی را شارژ کنند.
باتری های قابل شارژ با کارایی بالا را می توان تا 1000 بار شارژ/دشارژ استفاده کرد. این بدان معنی است که شما می توانید بودجه زیادی را در این قسمت صرفه جویی کنید. و نیز تاثیرات زیست محیطی بسیار کمتری نسبت به باتری های غیر قابل شارژ دارند.
 
باتری های زینک- هوا(Zinc-air)؛یک الکترود از هوا است:
این باتری ها از مرحله تحقیق و توسعه (R&D) گذشته و و هم اکنون در مراحل اولیه تجاری شدن قرار دارند. تفاوت باتری های زینک- هوا با سایر باتری های قابل شارژ به این دلیل است که این باتری ها اکسیژن مورد نیاز برای فرآیند های شیمیایی که منجر به تولید الکتریسیته می شود را مستقیما از هوا استخراج می کنند. الکترود هوا در این باتری ها،در طی فرایند دشارژ(مصرف) اکسیژن را برای تولید جریان الکتریکی جذب می کند و طی فرآیند شارژ باتری اکسیژن را پس می دهد. از آنجایی که در هنگام تخلیه باتری از راه مصرف آن اکسیژن به داخل سلول آورده می شود نیازی به استفاده از اکسید کننده های سنگین فلزی نیست. زمان مفید استفاده در این باتری های نسبت به سایر انواع باتری ها بسیار بهبود یافته است و دارای چگالی انرژی بالا، توان خروجی بالا، و کمترین زمان شارژ در بین همه باتری ها هستند. توسط باتری زینک –هوا می توان انرژی مورد نیاز یک لب تاپ را برای مدت 8 ساعت تامین کرد.
 
 



:: برچسب‌ها: شارژ و دشارژ, باطری
نویسنده : صالحه سنائی راد
تاریخ : یکشنبه ۳۱ شهریور ۱۳٩٢
نقل قول ()