باتری سرب اسیدی (lead acid battery) اغلب برای استفاده در وسایل نقلیه با موتور احتراق داخلی شناخته شده است؛ جایی که تأمین برق وسایل الکترونیکی و لوازم جانبی را فراهم می کند؛
قابلیت جریان و ولتاژ زیاد باتری سرب اسیدی، برای راه اندازی موتورهای احتراق داخلی، ایده آل است.
قیمت نسبتا پایین باتری های سرب اسیدی در مقایسه با سایر باتری های مشابه و قابلیت جریان دهی لحظه ای بالا، آن ها را به بهترین انتخاب برای مصارف گوناگون (خودروها، کشتی ها و یو پی اس ها و …) تبدیل کرده است.
تاریخچه باتری سرب اسیدی
باتری سرب اسیدی بعنوان اولین باتری قابل شارژ، ارائه شد؛
این ایده در ابتدا توسط یک فیزیکدان فرانسوی به نام گاستون پلانته (Gaston Plante) در سال ۱۸۶۰ ارائه شد. اگرچه دانشمند فرانسوی دیگری به نام گوتروت (Gautherot) کشف کرده بود که سیم‌های پلاتینی یا نقره‌ای که برای الکترولیز آب شور استفاده می‌شدند، جریانی را برای مدت کوتاهی تولید می‌کردند، اما هرگز به باتری قابل کار تبدیل نشدند.
اولین سلول های اسید سرب از صفحات سربی ساخته شدند که با شارژ آن باتری شکل می گرفت به گونه ای که یکی از صفحات اکسید می شدند. پس از آن باتری ظرفیت خود را در چرخه های تخلیه شارژ متوالی افزایش داد.
هنگامی که فناوری پایه برای باتری سرب اسیدی ایجاد شد، توسعه بعدی شامل رسیدگی به مشکل از دست رفتن آب و خشک شدن الکترولیت بود. باتری ها برای اطمینان از عملکرد خود نیاز به پر شدن با آب مقطر دارند که با قرار دادن یک دریچه در باتری این نیاز مرتفع شد.
اصول اولیه باتری سرب اسیدی (Lead Acid Batteries)
هنگام بررسی نحوه عملکرد باتری، لازم است به اجزای اصلی نگاهی بیندازیم. اساساً چهار عنصر اصلی باتری عبارتند از:
- صفحه مثبت
صفحه مثبت باتری متشکل از خمیر دی اکسید سرب است.
- صفحه منفی
صفحه منفی باتری متشکل از سرب اسفنجی است.
- جداکننده
بعنوان یک ماده عایق بین دو صفحه باتری است، اما به الکترولیت و یون های داخل اجازه می دهد بدون تماس دو صفحه، رسانایی را انجام دهند.
- الکترولیت
آب و اسید سولفوریک، اجزای تشکیل دهنده الکترولیت هستند.
کلیه ی اجزای باتری در یک محفظه پلاستیکی قرار دارند که الکترولیت و صفحات را در کنار هم نگه می دارد.
در حالت کلی باتری شامل چندین سلول است که به صورت سری قرار می گیرند تا ولتاژ مورد نیاز را ایجاد کنند؛ به گونه ای که هر سلول قادر به ارائه نیرو محرکه الکتریکی (EMF) 2.1 ولت است.
شارژ باتری سرب اسیدی (charging lead acid battery)
برای اینکه سلول های باتری بتوانند ولتاژ تولید کنند، پس از مونتاژ اولیه نیاز به شارژ اولیه یا فرمولاسیون دارند.
متداول ترین روش شارژ باتری های سرب اسیدی، استفاده از جریان ثابت با کنترل ولتاژ است.
برای دستیابی به این هدف، یک جریان تنظیم شده، ولتاژ قطب باتری یا سلول را تا رسیدن به حد بالای ولتاژ شارژ افزایش می دهد. در این مرحله جریان به دلیل اشباع کاهش می یابد.
در برخی شرایط امکان شارژ سریع باتری با استفاده از شکل پیچیده تری از شارژ وجود دارد که به نوبه خود هزینه بیشتری به دنبال خواهد داشت. جریان‌های بالاتر و شارژ چند مرحله‌ای به باتری این امکان را می‌دهد که در هنگام کاهش زمان شارژ، فشار بی‌رویه وارد نشود؛ با این روش‌ها، زمان شارژ ۸ الی ۱۰ ساعت کاهش می یابد.
اگرچه شارژ باتری سرب اسیدی (charging lead acid battery) برای بسیاری از کاربردها به خوبی عمل می کند، در مقایسه با سایر فناوری های جدیدتر مانند فناوری باتری لیتیوم یون، نسبتاً کند است. پس از شارژ، سلول باتری قادر است مدارهای خارجی را شارژ کند که بسته به تخلیه باتری (اغلب طی چندین ساعت)، می توانند به فعالیت بپردازند.
بیشتر بخوانید: راهکارهایی جهت افزایش طول عمر باتری خودرو
نکات و دستورالعمل های نگهداری باتری های سرب اسیدی
با رعایت نکات و دستورالعمل های زیر می‌توان ایمنی، عملکرد بهتر و طول عمر باتری سرب اسیدی را بهبود بخشید.
- شارژ در محل تهویه مناسب
از آن جایی که در طول فرآیند شارژ، گاز هیدروژن می تواند ایجاد شود، اگر شارژ باتری در یک فضای کوچک محصور رخ دهد، می تواند باعث ایجاد انفجار شود.
- عدم نگهداری باتری در حالت شارژ کم
به منظور جلوگیری از فرآیندی به نام سولفاته شدن، نباید باتری در حالت شارژ کم نگهداری شود؛ در حالت ایده آل باید همواره پس از استفاده شارژ شود.
- بررسی سطح الکترولیت باتری
در باتری های غیرسیلد برای اطمینان از پوشاندن صفحات لازم است سطح الکترولیت بررسی شود و در صورت نیاز فقط آب مقطر استاندارد اضافه گردد. برای باتری های سیلد، دسترسی به محفظه باتری برای انجام این کار امکان پذیر نبوده و نیازی به سرویس و نگهداری نیست.
- اجتناب از پر شدن بیش از حد سطح الکترولیت
در باتری های غیرسیلد جهت جلوگیری از نشتی اسید در حین شارژ، سطح الکترولیت را فقط تا سطح تعیین شده پر کنید.
- خودداری از شارژ در دمای بالا
اگر دما بالای ۴۹ یا ۵۰ درجه سانتیگراد است، از شارژ باتری سرب اسیدی خودداری کنید.
- جلوگیری از یخ زدن باتری
هرگز اجازه ندهید باتری سرب اسیدی یخ بزند، زیرا ممکن است آسیب مکانیکی جبران ناپذیری ایجاد کند. هم چنین یک باتری با شارژ کامل نسبت به باتری نیمه شارژ، در دمای پایین تری یخ می زند.
مزایا و معایب باتری های سرب اسیدی
اگرچه باتری های اسید سربی به دلیل داشتن مزیت های متمایز به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند، اما چندین عیب عمده نیز دارند.
مزایای باتری سرب اسید
- تکنولوژی بالغ
- تولید و خرید نسبتاً ارزان
- قابلیت جریان دهی زیاد
- قابلیت استفاده برای کاربردهای مختلف
- آستانه تحمل بالا در هنگام استفاده ی نادرست
- قابلیت بازیافت
- دارا بودن طیف گسترده ای از اندازه ها و مشخصات
- وجود تولید کنندگان بسیار در سرتاسر جهان
معایب باتری سرب اسید
- در مقایسه با باتری های لیتیوم یون پس از چندین سال از کار می افتد
- همیشه نمی توان آن را در جهت گیری های مختلف استفاده کرد.
- الکترولیت خورنده (می تواند باعث سوختگی افراد و خوردگی فلزات شود)
- عدم سازگاری سرب با محیط زیست
- اسید باید با احتیاط دفع شود
- برای شارژ سریع مناسب نیست
- پس از ورود الکترولیت باید در حالت شارژ نگهداری شود
نتیجه گیری
باتری سرب اسیدی، با بیش از ۱۵۰ سال قدمت، بعنوان یکی از پایه های اصلی صنعت خودرو، شناخته شده است. قابلیت جریان دهی بالا، هزینه کم و آستانه تحمل بالا در هنگام استفاده ی نادرست باعث شده که باتری سرب اسیدی برای بسیاری از کاربردها ایده آل باشد. با این حال، با حرکت به سمت منابع انرژی سازگارتر با محیط زیست، به نظر می رسد خودروهای الکتریکی در آینده با تولیدکنندگان و قوانینی که به حذف تدریجی موتور احتراق داخلی اشاره می کنند، در ارتباط باشند. برای وسایل نقلیه الکتریکی، فناوری لیتیوم یون عملکرد بهتری را ارائه می دهد؛ به این ترتیب باتری سرب اسیدی در آینده احتمالاً به طور قابل توجهی کمتر مورد استفاده قرار می گیرد.