باتری خشک چیست؟

​

باطری های سرب اسید و نیکل کادمیوم از پرکاربرد ترین انواع باطری ها در صنعت یوپی اس می‌باشند. اغلب این سوال پیش می‌آید که این دو باطری چه تفاوتی با هم دارند؟ در چه مواردی بهتر است باطری سرب اسیدی پیشنهاد شود و بالعکس؟ نقاط ضعف و قدرت هر نوع باطری چیست؟ در ادامه سعی شده‌است حتی الامکان بطور خلاصه این دو نوع باطری با یکدیگر از زوایای گوناگون مقایسه شوند.

1-تاریخچه:

·         باطری سرب اسید (Lead Acid) : در سال 1859 برای اولین بار توسط یک فیزیکدان فرانسوی به نام Gaston Planté  به عنوان اولین باطری با قابلیت شارژ مجدد بصورت تجاری به بازار عرضه شد.

·         باطری نیکل کادمیوم (Nickel Cadmium) : در سال 1899 توسط یک مخترع سوئدی به نام Waldemar Jungner ابداع گردید. تمایل چندانی به استفاده از این باطری ها در صنایع تا اوایل دهه 1960 وجود نداشت ولی پس از آن و با افزایش چشمگیر مصارف الکتریکی به ویژه در آمریکا و ژاپن طرفدار پیدا کرد.

2-مواد سازنده باطری :

·         باطری سرب اسید (Lead Acid) : آند یا قطب مثبت از اکسید سرب (PbO2) وقطب منفی یا کاتد از سرب (Pb) تشکیل شده و الکترولیت آن محلول اسید سولفوریک (H2SO4) و آب (H2O) می‌باشد. اسید سولفوریک خالص عموما بین 25 تا 40 درصد از کل محلول را تشکیل می‌دهد. 

·         باطری نیکل کادمیوم (Nickel Cadmium) : هیدرات نیکل (NiOOH) بخش عمده قطب مثبت را تشکیل می‌دهد در حالیکه کادمیوم اسفنجی (Cd) عنصر غالب در مواد تشکیل دهنده قطب منفی است. محلول هیدروکسید پتاسیم (KOH) در آب نیز نقش الکترولیت باطری را دارد. غلظت هیدروکسید پتاسیم عموما بین 20 تا 35 درصد از کل محلول الکترولیت است.

3- قیمت:

باطری های نیکل کادمیوم حدودا بین 2 تا 4 بار گرانتر از نمونه مشابه خود از نوع سرب اسید هستند. البته بسته به کیفیت و نوع آلیاژ و تکنیک ساخت باطری این امکان وجود دارد که این اختلاف بیشتر از 5 برابر نیز شود. به همین دلیل سرمایه اولیه مورد نیاز برای تامین نیروی بکاپ از باطری های نیکل-کادمیومی بسیار بالاتر تمام خواهد شد. پس چرا همچنان طیفی از مصرف کنندگان سراغ باطری های نیکل میروند؟ بخش های بعدی پاسخ این سوال را خواهد داد. 

4-طول عمر :

یک قانون کلی در ارتباط با طول عمر اکثر انواع باطری ها وجود دارد، و آن اینکه با افزایش تعداد دشارژ باطری طول عمر آن کم خواهد شد. اما هر دو باطری نیکل و سربی به عمق دشارژ نیز حساس هستند. به این معنی که اگر فرضا باطری بطور متوسط 30 درصد دشارژ شود طول عمر آن بسیار بیشتر از حالتی است که بطور متوسط تا 80 درصد دشارژ می‌گردد. گرچه باطری های نیکل کادمیوم بسیار گرانتر از باطری های سرب اسیدی هستند اما تعداد سیکلهایی که می‌توان آنها را دشارژ کرد بسیار بیشتر از باطری های سربی است. 

5-حساسیت به دما:

باطری های سرب اسیدی بیشتر برای عملکرد در محیط 10 تا 35 درجه سانتیگراد پیشنهاد می‌شوند، زیرا نسبت به تغییرات دما حساسیت زیادی از خود نشان می‌دهند. ظرفیت ظاهری باطری های سرب اسیدی نسبت به کاهش دما سریعا افت می‌کند و از طرفی دیگر نیز با افزایش دما عمر متوسط آنها به شدت کاهش می‌یابد (با افزایش هر 10 درجه طول عمر مفید باطری های سرب اسیدی نصف می‌شود!). اما باطری های نیکل کادمیوم نسبت به تغییر دما حساسیت کمتری از خود نشان می‌دهند. بویژه در مواردی که باطری می‌بایست در دماهای پایین مورد استفاده قرار گیرد بهترین گزینه استفاده از باطری های نیکل است. بازه دمایی مناسب برای عملکرد باطری نیکل کادمیم چیزی بین 60 تا 20- درجه سانتیگراد است. البته طول عمر متوسط آن نیز با افزایش دما کاهش می‌یابد.

6- پدیده خود دشارژی (Self Discharge):

حتی درصورتی که هر کدام از این دو نوع باطری به مدار متصل نباشند نیز، بعد از گذشت مدتی دشارژ می‌شوند. به این پدیده خود دشارژی می‌گویند. سرعت این پدیده در باطری های نیکل کادمیوم چندین برابر باطری های سرب اسیدی است. باطری های نیکل بسته به آلیاژ مورد استفاده در ساخت آنها و همچنین دمای محیط، حتی امکان دارد که روزانه 1 درصد از ظرفیتشان را در هنگام انبارش از دست بدهند. این مساله نیاز به شارژ مجدد باطری در هنگام استفاده و همچنین اتلاف انرژی را سبب می‌شود.

ا شاره به این تفاوت نیز ضروریست که گرچه خود دشارژی در باطری های نیکل چندین برابر باطری های سربی است، اما باطری های نیکل را می‌توان حتی بطور دشارژ کامل نیز انبارش نمود. باطری های سرب اسیدی را نمی‌بایست با سطح شارژ پایین نگهداری کرد. زیرا در این صورت باطری سولفاته شده و طول عمر مفید آن به شدت کاهش می‌یابد. 

7- نحوه افت ولتاژ هنگام دشارژ :

ولتاژ باطری های نیکل کادمیوم تقریبا تا لحظات آخر افت چندانی ندارد و می‌توان با تقریب، آن را ثابت فرض کرد. اما ولتاژ پایانه‌ی باطری های سرب اسیدی در هنگام دشارژ، به تدریج کاهش می‌یابد.

8- آلایندگی محیط زیست:

در ساختار هر دو نوع باطری از فلزات سنگین (سرب و کادمیوم) استفاده شده است، که این به معنی دیر ترکیبی این فلزات است. در صورتی که پروسه بازیافت لاشه‌ی باطری ها به درستی انجام نشود ، هردو به شدت محیط زیست را آلوده می‌نمایند. اما پروسه بازیافت کادمیوم پیچیده‌تر از سرب بوده و در عین حال این فلز شدیدا سرطان زا می‌باشد .

9- سایز و وزن و پروسه ساخت:

باطری های سرب اسیدی روند ساخت ساده‌تری از باطری های نیکل کادمیومی دارند. اما در عین حال نسبت انرژی ذخیره شده در باطری نسبت به وزن آن، یکی از کمترین مقادیر بین انواع باطری هاست  (30-50 Wh/kg) .درصورتی که چگالی انرژی به وزن در باطری های نیکل کادمیوم چیزی بین Wh/kg 45-80 می‌باشد. این بدان معنی است که باطری های نیکل-کادمیوم 30 درصد انرژی بیشتری نسبت به باطری های سرب اسیدی در یک وزن برابر، در خود ذخیره می‌کنند. پس در مواردی که وزن مجموعه باطری ها مهم است استفاده از باطری های نیکل کادمیوم توصیه می‌شود .

10- سرعت شارژ :

باطری های نیکل کادمیوم را می‌توان در زمانهای کوتاهی همچون 1 ساعت نیز شارژ نمود درصورتی که شارژ سریع باطری های سرب اسیدی در زمانی کمتر از 4 ساعت توصیه نمی‌شود و عموما چیزی در حدود 8 تا 10 ساعت را برای شارژ آنها مناسب می‌دانند .

11- جریان پیک دشارژ:

دشارژ باطری های سرب اسیدی با جریانی بیشتر از 5 برابر جریان نامی آن توصیه نمی‌شود (فرضا باطری 9 آمپر ساعت را نباید با جریانی بیش از 45 آمپر دشارژ کرد) اما می‌توان باطری های نیکل کادمیوم را حتی با جریان‌های 10 تا 15 برابر جریان نامی خود نیز دشارژ نمود . 

12-   پدیده‌ی حافظه‌ای (Memory Effect) در باطری های نیکل :

یکی از مهمترین نقاط ضعف باطری های نیکل نسبت به سربی، وجود "پدیده حافظه" در باطری است. اگر باطری را چندین بار فرضا تا 60 درصد ظرفیتش دشارژ کرده و مجددا شارژ نماییم. باطری حدود 60 درصد را به "حافظه" سپرده و اگر بار دیگر باطری را بخواهیم بیشتر از 60 درصد دشارژ نماییم این بار ناگهان ولتاژ خروجی باطری افت شدیدی می‌نماید. این پدیده باعث می‌شود که نتوان از ظرفیت باطری به طور مناسب استفاده نمود. بویژه در کاربردهای یوپی اسی که باطری ها به حالت آماده به کار بوده و مرتبا شارژ و دشارژ نمی‌شوند این پدیده باعث می‌شود که نتوان از کل ظرفیت نصب شده‌ی باطری ها استفاده بهینه نمود.

13-  تفاوت ولتاژ نامی سلولهای باطری :

به دلیل ساختار متفاوت شیمیایی دو باطری، ولتاژ نامی سلول هایشان نیز متفاوت است. ولتاژ هر سلول در باطری های نیکل کادمیم 1.2 ولت و در باطری های سرب اسیدی 2 ولت می‌باشد. به همین دلیل برای ساخت یک باطری 12 ولت نیکل کادمیوم، می‌بایست 10 سلول را با هم سری کرد؛ در حالیکه سری کردن 6 سلول باطری سرب اسیدی، همین ولتاژ را تولید خواهد نمود.

​