مقدمه
به منظور ایجاد منبع تغذیه بدون وقفه در هنگام قطع برق و یا بروز اشکال در شبکه توزیع در اکثر موارد از باتریها ذخیره سازی انرژی استفاده می شود. باتری در هنگام شارژ انرژی الکتریکی را به صورت انرژی شیمیایی ذخیره نموده و در هنگام دشارژ انرژی شیمیایی ذخیره شده را توسط یک واکنش الکترو شیمیایی به انرژی الکتریکی تبدیل می نماید. این نوع واکنش شامل انتقال الکترونها از یک ماده به ماده دیگر می باشند مطابق شکل پایین در باتری، الکترود منفی یا آند قادر به آزاد سازی الکترون در مدت زمان دشارژ بوده و الکترود مثبت یا کاتد قادر به دریافت این الکترون می باشد. انتقال الکترونها توسط مدار الکتریکی خارجی که دو قطب را به هم متصل نموده است و الکترولیت که یک واسط یونی برای انتقال الکترونها می باشد. صورت می پذیرد جز اصلی تشکیل دهنده یک باتری، سلول است. یک باتری شامل یک یا چند سلول است که با توجه به ولتاژ مطلوب خروجی و یا ظرفیت به صورت سری و موازی متصل شده اند هر سلول شامل سه مولفه اصلی آند، کاتد والکترولیت می باشد. الکترولیتها معمولاً مایع هستند اما برخی از باتریها از الکترولیتها جامد استفاده می کنند.
تقسیم بندی باتریها:
براساس شرایط محیطی و شرایط الکتریکی مورد استفاده، بایستی از باتریهای متفاوت استفاده نمود که دارای مشخصات گوناگون تحت شرایط دشارژ می باشند. بدین اساس باتریها به دو دسته اولیه و ثانویه تقسیم بندی می شوند:
1. باتریهای اولیه (Primary Batteries)
این باتریها قادر به شارژ الکتریکی نبوده و بنابراین یکبار استفاده و دشارژ می شوند. اکثر باتریهای اولیه سلولهای خشک نیز نامیده می شوند.
2. باتریها ثانویه (Secondary Batteries)
این باتریها پس از دشارژ، با عبور جریان در جهت مخالف جریان دشارژ به صورت الکتریکی قابل شارژ بوده و به نام باتریهای ذخیره نیز معروف می باشند (Storage Batteries)
3. باتریهای رزرو (Reserve Batteries)
این نوع باتریها، باتریهای اولیه ای هستند که در آنها یک عنصر کلیدی قبل از فعال شدن از باتری جدا می گردد. در شرایط سکون باتری قادر به ذخیره سازی طولانی مدت بوده و معمولاً الکترولیت عنصری است که از باتری جدا می شود. در سیستمهای دیگر مانند باتریهای حرارتی، باتری تا قبل از حرارت دیدن غیرفعال است. پس از این عمل، در اثر حرارت الکترولیت جامد ذوب شده و هادی می گردد. از ویژگیهای باتریهای ثانویه علاوه بر قابلیت شارژ مجدد، توان بالا، نرخ دشارژ سریع و مشخصه دمای پایین بوده و چگالی انرژی آنها معمولاً پایین تر از باتریهای اولیه می باشد.
کاربرد باتریهای ثانویه به دو دسته اصلی تقسیم می شوند:
1- کاربردهایی که در آنها از باتری ثانویه به عنوان باتری اولیه استفاده می گردد. اما باتریها پس از استفاده شارژ می گردند. دلیل استفاده از باتریهای ثانویه در این مورد صرفه جویی اقتصادی و استفاده از توانی بالاتر از توان باتریهای اولیه می باشد.
2- کاربردهایی که در آنها از باتریهای ثانویه به عنوان وسیله ذخیره سازی انرژی استفاده می شود و باتریها توسط یک منابع انرژی اولیه شارژ و در هنگام نیاز انرژی ذخیره شده را به بار تحویل می دهند.
باتریهای ثانویه را می توان به دو دسته ی کلی اسیدی و بازی تقسیم بندی نمود که هر کدام بر اساس جنس الکترودهای مثبت و منفی به انواع گوناگون تقسیم بندی می شوند. برای کاربردهای ساکن در اکثر موارد از باتریهای سرب- اسید ونیکل- کادمیوم (بازی) استفاده می گردد.
باتریهای سرب- اسید اقتصادی ترین و پراستفاده ترین نوع باتری ثانویه می باشند که از سرب برای الکترود منفی و از اکسید سرب برای الکترود مثبت و محلول اسید سولفوریک برای الکترولیت استفاده می نمایند.
ظرفیت باتری:
ظرفیت یک باتری معیاری از اندازه و راندمان آن بوده و بیانگر مقدار الکتریسیته ای است که یک باتری می تواند در یک مدت زمان مشخص با جریان دشارژ ثابت به بار تحویل دهد تا اینکه ولتاژ باتری به یک مقدار نهایی برسد و بر حسب Ah سنجیده می شود. هر چقدر جریان دشارژ بیشتر باشد، ظرفیت و ولتاژ نهایی کوچکتر خواهند بود. ظرفیت نامی باتری به ازای دمای Ċ20 برای الکترولیت اسید معتبر است. در دماهای پایین تر و یا بالاتر ظرفیت کاهش و یا افزایش می یابد.
بازده یک باتری بر حسب دو پارامتر بازده آمپر- ساعت و بازده وات- ساعت تعیین می گردد.
هر دو معیار بستگی به ساختمان سلول، دمای اسید و مقدار جریان شارژ و دشارژ دارند. بر حسب تعریف ضریب شارژ، عکس بازده آمپر- ساعت می باشد و عبارت است از:
باتریهای سرب- اسید در اندازه های گوناگون با ظرفیت کمتر از 1Ah تا واحدهای ساکن و متحرک با ظرفیت هزاران آمپر- ساعت ساخته می شوند.
1- نوع متحرک (Automotive): مربوط به وسایل نقلیه خودرو، ارزان قیمت و معروف بوده و در استارت خودروها، روشنایی، هواپیماها و زیر دریاییها استفاده می گردد.
2- نوع کششی (Traction): که دارای قابلیت دشارژ 6-9 ساعته بوده و در کامیونهای صنعتی، ماشینهای الکتریکی و نوع خاص در زیر دریایها مورد استفاده قرار می گیرد.
3- نوع ساکن (Stationary):در کاربردهای ساکن با عمر مفید طولانی مانند روشنایی اضطراری، تغذیه اضطراری، مراکز تلفن و … مورد استفاده قرار میگیرد.
4- نوع قابل حمل و نقل (Portable) : که باتری بدون تعمیر و نگهداری ارزان قیمت بوده و در وسایل قابل حمل و نقل مانند تلویزیون و دیگر دستگاه های الکترونیکی مورد استفاده قرار می گیرد.
سلولهای سرب- کلسیم (LEAD- CALCIUM CELLS)
باتری سرب- کلسیم نوعی باتری سرب- اسید است که در آن بخشهای سربی با مقدار کمی کلسیم به جای آنتیموان (sb) مستحکم شده اند. این تغییر، نرخ خوردگی شیمیایی را کاهش داده، در نتیجه عمر باتری افزایش یافته و عملکرد در حالت کاربرد به صورت رزرو اضطراری بهبود می یابد. معمولاً در مواردی که فاصله زمانی بین شارژ و دشارژ کوتاه است از این نوع باتری استفاده نمی شود. جریان شارژ در حالت شناور و شارژ کامل بسیار کم است بنابراین اضافه نمودن آب به ندرت صورت گرفته و باتری به نگهداری بسیار کمی نیاز دارد.
باتریهای بدون نیاز به نگهداری (MAINTENCE- FREE BATTERIES)
این باتریها نوعی باتری سرب- کلسیم هستند که در آنها محفظه ای برای نگهداری الکترولیت وجود دارد، اما در انتهای عمل شارژ تنها مقدار کمی گاز ایجاد می گردد. چنین سلولهایی اگر توسط شارژر مناسب با محدود کنندگی جریان و ولتاژ مناسب شارژ شوند، مقدار کمی آب را تجزیه نموده و بنابراین نگهداری مورد نیاز نبوده و تا سالها دوام می آورند. این نوع باتریها در وسایل قابل حمل ونقل که بایستی از ریزش الکترولیت جلوگیری گردد و در مواردیکه اضافه کردن آب به ندرت صورت گرفته و یا فراموش میشود، کاربرد وسیعی یافته اند. در حال حاضر چنین باتریهای در اندازه های کوچکتر در دسترس بوده و در وسایلی مانند دریلهای دستی، تلویزیونهای پرتابل و واحدهای روشنایی اضطراری به کار می روند.
ادامه دارد….
