باتری‌ها
در مقاله پنجم همه‌چیز درباره باتری‌ها مبحث دسته‌بندی، مشخصات عمومی و اصطلاحات باتری‌ها را بیان کردیم. در این مقاله برروی باتری‌های سربی-اسیدی، ازجمله مزایا، معایب آنها، شیمی و غیره تمرکز میکنیم. اگر به‌یاد داشته‌باشید، چندهفته پیش Max Maxfield مرا به پروژه ربات‌های خود متصل کرد. که این منجر به نوشتن این سری از مقالات درمورد فن‌آوری‌های مختلف باتری‌های دردسترس شد. علاوه‌بر جزئیات تکنولوژی Nitty-Gritty، راهنمایی‌ها و ترفندهای لازم برای انتخاب مناسب‌ترین تکنولوژی باتری موردنیاز شما را بیان‌کردم. در این مقاله باتری‌های سربی-اسیدی را مدنظر قرار می‌دهیم.
نکته 3: برآورد نیازهای انرژی
پس‌از حذف فن‌آوری‌هایی که برای محیط مورداستفاده شما مناسب نیستند (همان‌طورکه در نکته 1 بیان‌شده‌است) درباره انواع اولیه و ثانویه تصمیم می‌گیریم سپس انرژی موردنیاز بار را درطول‌زمان اجرا را محاسبه میکنیم. تخمین تقریبی ضرب متوسط ولتاژبار در متوسط جریان‌بار در مدت‌زمان اجرا است. درنظر داشته‌باشید که بارها ممکن‌است ولتاژ ثابت، جریان ثابت، مقامت ثابت و یا ترکیبی‌از این‌ها (مانند پالس‌ها) باشند. سپس محاسبات را به یک ساعت نرمالیزه میکنیم تا وات-ساعت را به‌دست آوریم. سپس، نشان‌خواهم‌داد برا رسیدن‌به حداقل وات-ساعت باتری چگونه افت دما و دیگر ضررها را تخمین بزنید.
باتری سربی-اسیدی ( lead-acid )
باتری lead-acid توسط French physicist Gaston Planté در سال 1859 اختراع شد. این یک باتری ثانویه است که نسبت انرژی به وزن و انرژی به حجم پایینی دارد، اما این نسبت پایین را با عرضه جریان‌های پرقدرت با هزینه‌کم جبران می‌کند.
چهاردسته کاربرد اصلی باعث پیشرفت این نوع باتری شده‌اند:مصرف کننده کوچک، شروع‌کننده / خودرو، چرخه عمیق و صنعتی.دو نوع جداکننده به‌عنوان جداکننده Gel و جدا کننده AGM (Absorptive Glass Mat)شناخته شده هستند. این‌ها به‌طورعمده به‌عنوان باتری‌های وی‌آر‌ال‌ای valve-regulated lead-acid) VRLA) یا باتری‌های سربی-اسیدی مهر و موم شده شناخته می‌شوند. برخی‌از جزئیات عبارتند از:
- انرژی خاص: 30-40 Wh/Kg
- تراکم انرژی: 60-75 Wh/L
- قدرت ویژه: 180 W/Kg
- راندمان شارژ / دشارژ: 50-92%
- هزینه انرژی / مصرف کننده: 7 تا 18 $/Wh
- نرخ خود تخلیه : 3-20%در ماه
- دوام دوره: تا 800 سیکل (به طور معمول 500 سیکل)
- ولتاژ نامی سلولی: 2.1 ولت ولتاژ
- شناور در هر سلول: 2.23 (ژل)، 2.32 (آب گرفتگی)، 2.25 (AGM).
- ولتاژ قطع: 1.75 ولت در هر سلول (loaded)
- دمای شارژ: -40 درجه سانتی گراد (حداقل) تا 49 درجه سانتیگراد (حداکثر)
برای اطلاعات بیشتر به اطلاعات سازنده مراجعه کنید.
شیمی
- دشارژ، واکنش صفحه منفی: Pb(s) + HSO4-(aq) → PbSO4(s) + H+(aq) + 2e-
- دشارژ، واکنش صفحه مثبت: (PbO2(s) + HSO4–(aq) + 3H+(aq) + 2e– → PbSO4(s) + 2H2O(l
- دشارژ، کلواکنش‌ها: (Pb(s) + PbO2(s) + 2H2SO4(aq) → 2PbSO4(s) + 2H2O(l
- شارژ: واکنش صفحه منفی: (PbSO4(s) + H+(aq) + 2e– → Pb(s) + HSO4–(aq
- شارژ: واکنش صفحه مثبت: –PbSO4(s) + 2H2O(l) → PbO2(s) + HSO4–(aq) + 3H+(aq) + 2e
شارژ
بجز باطری‌های خودرو، زمان شارژ باتری سربی-اسیدی ۱۲تا ۱۶ساعت است و برای باتری‌های بزرگ تا ۳۶-۴۸ساعت به‌طول می‌انجامد. با جریان شارژ بالا و روش شارژ چندمرحله، زمان شارژ می‌تواند تا ۱۰ساعت یا کمتر کاهش‌یابد. بااین‌وجود، ممکن‌است به شارژ کامل نرسد. تکنولوژی باتری‌های سربی-اسیدی کند است و نمی‌توانند به‌سرعت دیگر باتری‌ها شارژ شوند. برای شارژ بهینه، باتری‌های سربی-اسیدی باید در سه مرحله شارژ شوند. شارژ جریان ثابت، مقدار عمده‌ای از شارژ را اعمال می‌کند نصف زمان شارژ را به‌خود اختصاص می‌دهد. بالاترین حد شارژ نیازبه جریان شارژ پایینی دارد و حالت اشباع را ایجاد می‌کند. شارژ شناور خسارت‌های ناشی از خودتخلیه را جبران می‌کند. نمودار زیر این سه مرحله را نشان می‌دهد.
دو شکل‌زیر نمونه‌هایی از منحنی‌های تخلیه VRLA را نشان می‌دهد. این برای باتری UP-VW1220P1 ساخته‌شده توسط پاناسونیک Corp از امریکا است.
هنگامی‌که باتری‌های سربی-اسیدی کارایی خود را از دست می‌دهند، نمی‌توان آنها را دفن کرد و یا سوزاند و باید از مراکز تایید‌شده توسط سازمان بین المللی باتری برای بازیافت این باتری‌ها کمک گرفت.
در قسمت هفتم نکات و ترفندهای بیشتری را بیان خواهیم‌کرد و یکی‌دیگر از تکنولوژی‌های باتری را درنظر خواهیم‌گرفت. با ما همراه باشید.
منبع:سیسوگ
