باتری های قابل شارژ

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.

شارژ معکوس:
قرار دادن باتری دشارژ شده در معرض جریانی در جهت دشارژ (مصرف انرژی باتری) بیشتر باتری، را فرایند شارژ معکوس می نامند که باعث آسیب رساندن به باتری می شود. شارژ معکوس در شرایطی می تواند پیش بیاید که دو مورد از معمول ترین آنها عبارت اند از:
 زمانی که باتری به صورت برعکس به مدار شارژکننده متصل شود.
 زمانی که باتری تشکیل شده از سلول های سری با یکدیگر، در حد بالایی دشارژ شده باشد.
زمانی که یک سلول به صورت کامل دشارژ شده است، سلول های دیگر که هنوز شارژ دارند به این سلول کاملا د شارژ شده جریانی در جهت معکوس وارد می کنند (فرآیند وارونه شدن سلول). این اتفاق ممکن است حتی برای سلولی هم که کاملا دشارژ نشده ولی تا حد زیادی ضعیف شده است، پیش بیاید. اگر جریان نشتی باتری به اندازه کافی بزرگ باشد، مقاومت داخلی سلول ضعیف شده ولتاژ معکوسی را تجربه می کند که بیش از ولتاژ مستقیم باقی مانده در سلول است. این اتفاق باعث می شود که پلاریته(قطبیت) سلول ضعیف شده برعکس شود(محل قطب های مثبت و منفی عوض می شود) و این در حالی است که جریان از داخل آن در حال عبور است. این فرایند می تواند به طور اساسی سبب کاهش طول عمر سلول ضعیف شده شود و در نتیجه کاهش طول عمر کل باتری را به همراه داشته باشد. هر چه نرخ دشارژ بالاتری مورد نیاز باشد، باید سلول ها بیشتر با یکدیگر هماهنگ باشند؛هم از جهت نوع سلول و هم از نظر وضعیت شارژ.
در برخی موارد حاد وارونه شدن سلول باعث انتشار دود و آتش گرفتن باتری می شود.
در کاربرد های حیاتی که از باتری های Ni-Cad استفاده می شود، مانند استفاده از آنها در هواپیما، بار(مصرف کننده) به صورت جداگانه به ترمینال هر سلول متصل می شود و به این ترتیب هر سلول به صورت جداگانه دشارژ می شود، این کار مانع وارونه شدن سلول می شود. برای شارژ این باتری ها، مجددا سلول ها به صورت سری در مدار شارژر با یکدیگر قرار داده می 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.