در مورد باتری های قابل شارژ بیشتر بدانیم

باتری های قابل شارژ

در مورد باتری های قابل شارژ بیشتر بدانیم

باتری های قابل شارژ در سالهای اخیر از موارد بسیار رایجی برای استفاده تبدیل شده اند. از آنها می توانیم به عنوان نو آوری های باشکوه یاد کنیم. باتری های قابل شارژ یکی از بخش های حیاتی  دریل های شارژی و ابزار شارژی هستند. دستگاهی که انرژی شیمیایی را به الکتریکی تبدیل می کند و در خود ذخیره می کند.

باتری ها در طول تاریخ تغییرات گسترده ای داشته اند. اولین نمونه از باتری توسط لوئیجی گالوانی، پزشک ایتالیایی که به شکلی ناخواسته متوجه شد که در زمان تماس ماهیچه ها با دو فلز مختلف، ماهیچه ها منقبض می شوند، چهار چوبی را برای ساخت باتری های مدرن در سال 1780 ایجاد کرد. گالوانی به صورت تصادفی آزمایش پای قورباغه خود را سلول گالوانیکی ایجاد کرد. این باتری شامل مداری با ترکیب دو الکترود جداگانه(دو فلز) با یک الکترولیت (آب موجود در پای قورباغه) ایجاد شد.

الکساندر ولتا، ستون ولتا را در سال 1800 بر اساس این درک ایجاد کرد. در یک پیکر بندی ساندویچی، بسیاری از سلول ها  گالوانیکی روی هم قرار گرفتند. هر سلول از یک ورق روی یک دیسک مقوایی آغشته به نمک تشکیل شده بود. یک مدار الکتریکی توسط یک سیم در جریان اتصال با بالاترین و پایین ترین سلول ها با یک یکدیگر می باشد. هر چه ولتاژ الکتریکی بالاتر باشد، ستون سلول های بیشتری دارد. و این نوع باتری ها پیشتاز باتری های قابل شارژ امروزی بودند.

 

مکانیسم باتری های قابل شارژ چیست؟

باتری 18 ولت بوش
باتری 18 ولت بوش

 

یک باتری معمولی از دو فلز دارای ترکیبی با پتانسیل شیمیایی متمایز تشکیل شده است که توسط یک عایق متخلخل از هم جدا می شوند. هنگامی که الکترون ها اجازه حرکت از طریق دستگاه خارجی متصل را دارند، پتانسیل شیمیایی انرژی موجود در اتم ها و پیوندهای ترکیب است که متعاقبا به الکترون متحرک داده می شود.

الکترولیت یک مایع رسانا مانند نمک و آب است که برای انتقال یون های محلول از یک فلز به فلز دیگر  در طول واکنش استفاده می شود.

آند فلزی است که در زمان تخلیه، الکترون های خود را از دست می دهد، در حالی که کاتد فلز یا ترکیبی است که الکترون ها را جذب می کند. باتری های قابل شارژ با عبور الکترون ها از آند به کاتد از طریق اتصال خارجی تغذیه می شوند.

اصطلاحات فنی باتری های قابل شارژ

اصطلاحات مشخصی وجود دارد که ویژگی های باتری های قابل شارژ را مشخص می کند که عبارتند از: جریان بر حسب آمپر، ولتاژ باتری، ولتاژ شارژ باتری، مقدار جریان مورد نیاز برای شارژ، جریان تخلیه باتری، ماندگاری باتری و طول عمر چرخه باتری.

 

  1- ولتاژ

اصطلاح ولتاژ باتری به تفاوت پتانسیل الکتریکی بین پایانه های مثبت و منفی باتری اشاره دارد. اختلاف پتانسیل الکتریکی تفاوت شارژ بین دو نقطه است. در این مورد دو قطب یک باتری های قابل شارژ، یکی بار مثبت و دیگری بار منفی. بار منفی به این معنی است که مقدار زیادی از ذرات باردار منفی یا الکترون های روی خروجی وجود دارد، در حالی که یک پایانه با بار مثبت فاقد این الکترون ها است.

 

  2- ولتاژ باتری

ظرفیت برق، ظرفیت شارژ باتری بر حسب آمپر ساعت اندازه گیری می شود. از نظر تئوری می توانیم 60 دقیقه قبل از تخلیه باتری 5 آمپر را به طور مداوم تخلیه کنیم. این مورد در شرایط ایده آل است: دمای مطلوب، بدون لرزش و قدرت ثابت. از آنجایی که شما هرگز به آن شرایط عالی در دنیای واقعی نمی رسید، این شرایط را شرایط ایده ال می نامیم. آمپر ساعت را به عنوان معیاری برای تعیین اینکه آیا یک باتری می تواند شارژ بیشتر از باتری دیگر داشته باشد در نظر می گیرند. ممکن است با ضرب جریان در زمان تخلیه، امتیاز آمپر ساعت باتری را به دست آوریم. یا سطح انرژی باتری را تعیین کنیم.

 

3- ماندگاری

ممکن است مواردی وجود داشته باشد که باتری ها برای مدت طولانی بیکار باشند، به ویژه در فروشگاهها. بنابراین ماندگاری به مدت زمانی اشاره دارد که ممکن است یک باتری برای مدت زمان مشخصی شارژ شود و از آن استفاده شود. در باتری های غیر قابل شارژ زمان ماندگاری شارژ باتری بیشتر است. اما مزیت باتری های قابل شارژ این است که اگر شارژ آنها کاهش پیدا کند می توانیم آنها را دوباره شارژ کنیم.

 

4- عمر چرخه

اگر باتری کاملا شارژ شود و متعاقبا تا 80 درصد ظرفیت آن تخلیه شود. باتری یک چرخه کامل را طی کرده است. عمر چرخه باتری با تعداد چرخه هایی که می تواند شارژ و شود بهبود می یابد. با این حال اگر باتری پس از شارژ کامل در ابتدا تا 40 درصد از ظرفیت واقعی خود تخلیه شود، نمی توان آن را عمر چرخه نامید.

 

مزایا و معایب انواع باتری های قابل شارژ

باتری قابل شارژی
باتری قابل شارژی

باتری های قابل شارژ به عنوان باتری های ثانویه شناخته می شوند و می توان از آنها به صورت مجدد استفاده کرد. اگر چه گران هستند اما توانایی شارژ دوباره آنها و عمر طولانی آنها از مزیت های آنها به شما می رود.

 

باتری های سرب اسیدی و مزایا و معایب آنها

این نمونه از باتری های قابل شارژ از سرب اسید ساخته شده اند که ماده ای نسبتا ارزان است و برای تامین انرژی سیستم روشنایی در خودروها و کامیون استفاده می شود. چرا که  اندازه و فضا و وزن در این نمونه مهم نیست. ولتاژ اسمی آنها از 2 ولت تا 24 ولت متغیر است و محبوب ترین نوع آن باتری های 2 ولت،6 ولت، 12 ولت و 24 ولت است. دارای چگالی 7 وات ساعت بر کیلوگرم است. کاربردهای متداول آن برای اتومبیل ها، یو پی اس ، ربات ها، ماشین آلات سنگین می باشد.

 

مزایا:

1- مقرون به صرفه است.

2- به راحتی شارژ می شود.

3- قابلیت های خروجی بالایی دارد.

 

 معایب:

1- بسیار سنگین است.

2-  فضای زیادی را اشغال می کند.

3-  چگالی توانی پایینی دارد.

 

باتری های نیکل کادمیوم

در سال 1899 یک دانشمند سوئدی اولین باتری نیکل کادمیوم را در جهان اختراع کرد. نیازی به گفتن نیست که از آن زمان تاکنون تغییرات زیادی صورت گرفته است. یک صفحه الکترود مثبت اکسید نیکل- هیدروکسید، یک صفحه الکترود منفی کادمیوم، یک جدا کننده و یک الکترولیت هیدروکسید پتاسیم یک باتری معمولی را تشکیل می دهند.

 

مزایا:

1- تعداد زیاد چرخه شارژ و دشارژ

اگر به درستی نگهداری شود، باتری نیکل کادمیوم ممکن است بیش از 1000 چرخه شارژ را ارائه دهد.

2- عملکرد استثنایی

امکان شارژ مجدد در دماهای بسیار پایین را فراهم می کند

3-  ماندگاری طولانی در هر سطح شارژ

4- ذخیره سازی و حمل و نقل ساده

اکثر شرکت های حمل و نقل هوایی نیکل کادمیوم را برای نیازهای خاص خود استفاده می کنند.

5- عملکرد استثنایی در دماهای پایین

6- بادوام

7- مقرون به صرفه

8-  تولید شده در انواع اندازه و سایز مختلف

 

معایب:

1- اکثر باتری های قابل شارژ نیکل کادمیوم چگالی انرژی پایینی در مقایسه با نمونه های مدرن دارند.

2- برای محیط زیست خطرناک هستند.

3- در برخی از کشورها استفاده از آنها محدود شده است.

4-  سریع تخلیه می شوند و نیاز به شارژ مجدد دارند.

 

باتری نیکل- فلز هیدرید

باتری قابل شارژ

این باتری های قابل شارژ اختراعات جدیدی هستند. در سال 1967 در مرکز تحقیقاتی ژنوا تحقیقی در مورد تولید آن آغاز شد و در سال 1987 به پایان رسید. یک صفحه الکترود مثبت نیکل هیدروکسید، یک صفحه الکترود منفی یون هیدروژن، یک الکترود منفی یون هیدروژن، یک جدا کننده و یک الکترولیت قلیایی مانند هیدروکسید پتاسیم ترکیبات شیمیایی این باتری ها را تشکیل می دهند.

متداولترین مصرف آنها در باتری خودرو و تجهیزات پزشکی، پیجرها، تلفن همراه، دوربین فیلمبرداری، دوربین های دیجیتال مسواک برقی و سایر  محصولات مصرفی ارزان قیمت است.

 

مزایا:

1- تقریبا 30-40 درصد بیشتر از باتری نیکل کادمیوم انرژی دارند.

2- سریع تخلیه نمی شوند.

3- ذخیره سازی و حمل و نقل راحتی دارند.

4- سازگار با محیط زیست هستند.

5- بازیافت آنها سودآور است.

 

معایب:

1- عمر مفید محدودی دارند

پس از 200 تا 300 چرخه عمیق کاری در جریان های بالای بار عملکرد آنها کاهش می یابد.

2- جریان تخلیه کمی دارند.

3- به یک الگوریتم شارژ پیچیده نیاز دارند.

4- قابلیت خود تخلیه ای بالایی دارند.

5- در دمای بالا عملکرد آنها کاهش پیدا می کند.

6- نیاز به تعمیر و نگهداری زیادی دارند.

7- گران تر از نمونه های دیگر باتری هستند.

 

باتری های قابل شارژ لیتیوم یا لیتیوم یون

مهمترین تفاوت بین باتری های لیتیومی و باتری های لیتیوم یونی در یکبار مصرف بودن آنها است. ممکن است بتوان از این باتری ها دوباره استفاده کرد زیرا قابل شارژ هستند و می توانند بارها و بارها شارژ شوند.

باتری های لیتیومی در حالی که در قفسه های بدون استفاده قرار می گیرند می توانند 10 تا 12 سال دوام بیاورند. در حالی که هنوز شارژ دارند. اما نمونه های لیتیوم یونی فقط 2 تا 3 سال عمر می کنند.

ممکن است متوجه نباشید که این دو نوع باتری لیتیومی تنها باتری های موجود نیستند. با وجودی اینکه باتری های لیتیوم یونی برتر به نظر می رسند اما باتری های قابل شارژ لیتیومی چند ویژگی خاص دیگر دارند، به این معنی که می توانند شارژ بیشتری نسبت به اندازه خود حفظ کنند. حتی اگر این تنها شارژی باشد که تا به حال  دارند.

با یک بار شارژ باتری های لیتیومی می توانند انرژی را تامین کنند. به همین دلیل است که خرید باتری های لیتیومی به صرفه تر از لیتیوم یونی است.

مزایا:

1- چگالی انرژی بالایی دارد.

2- با تخلیه کامل به راحتی شارژ می شوند و شارژ کاذب ندارند.

3- میتواند چندین چرخه شارژ را تحمل کند.

4- می تواند شارژ خود را حفظ کند.

معایب:

1- در زمان تخلیه کامل نمی توانیم آن را دوباره شارژ کنیم.

2- قیمت مناسبی دارد

3- اگر آسیب ببیند ممکن است آتش بگیرد.

کاربرد باتری های قابل شارژ لیتیوم یونی بسیار گسترده است. با اتصال چند باتری از آنها می توانید یک مدار برای تامین انرژی بیشتر ایجاد کنید. مانند خودروهای الکتریکی، موثرتر و کارآمدتر هستند.

در ابزارهای برقی مثل دریل های شارژی ،سنباده ها و طیف وسیعی از ابزارهای باغبانی مانند قیچی ها و قیچی های پرچین همگی از باتری لیتیوم یونی استفاده شده است.

دستگاههای قابل حمل مانند تلفن های همراه و تلفن های هوشمند، رایانه ها و تبلت ها و دوربین های دیجیتال ، دوربین فیلمبرداری وسیگار های الکترونیکی، کنسول های بازی قابل حمل و نقل، وسایل نقلیه الکتریکی در خودروهای برقی، وسایل نقلیه هیبریدی و موتور سیکلت ها و دوچرخه های برقی، صندلی های چرخ دار از باتری های قابل شارژ استفاده می کنند.

انتخاب نوع باتری به نوع ابزاری که از آن استفاده می کنید بستگی دارد.

شما می توانید با خواندن مقاله زیر در مورد باتری ابزار شارژی و استفاده آنها اطلاعات بیشتری کسب کنید.

راهنمای انواع باتری ابزار شارژی

mojtaba
دیدگاه کاربران
5 دیدگاه
ارسال دیدگاه