سایناکو | تولید کننده و وارد کننده باتری و یوپیاس
S-2002 : سیستم لید اسید جدید
New lead acid systems
بررسی پیشرفت باتریهای سرب–اسیدی و مزایایی که در صنعت به همراه دارند.
امروزه اکثر باتریهای موجود در بازار، دارای قابلیت شارژ سریع معقولی در بازه یک ساعت و یا در همین حدود می‌باشند. همچنین، در بازه زمانی مشخصی می‌توان از انرژی ذخیره شده در آنها بهره‌برداری کرد و این یعنی اینکه زمان شارژ و دشارژ باتری‌ها به نوعی در کنترل ما می‌باشد. در این میان، باتریهای سرب-اسیدی از این نظر منحصر به فرد می‌باشند؛ چون امکان دشارژ سریع این نوع باتری‌ها وجود دارد، اما شارژ کامل آنها به بیش از ۱۴ ساعت زمان نیاز دارد. همچنین باتریهای سرب-اسیدی برای زدودن سولفات از روی صفحات و برطرف کردن مشکلات دیگر نیازمند انجام بازبینی‌های دوره‌ای هستند.
خاصیت شارژ آهسته ذاتی این نوع باتری‌ها وابستگی زیادی به فعالیت شیمیایی الکترود منفی دارد که از سرب خالص تشکیل شده است. در زمان دشارژ، سولفات سرب به سطح صفحات می‌چسبد و مجدداً در زمان شارژ باتری، این ماده در الکترولیت حل می‌شود. این فرآیند به آهستگی انجام می‌شود و اگر بخواهیم سرعت شارژ را افزایش دهیم، الکترون‌های اضافی دیگر جایی برای رفتن ندارند و این موضوع به تولید هیدروژن و اتلاف آب ختم می‌شود. با گذشت زمان، کریستال‌های سولفات سرب به خورد صفحه رفته و همین امر باعث کاهش پذیرش شارژ باتری می‌شود.
الکترود مثبت باتری نیز شامل سولفات سرب است و وجود آن به سرعت بالای شارژ کمک می‌کند. بنابراین، از مشکلات عمده باتریهای سرب-اسیدی، وجود سرب با درجه خلوص بالا در الکترود منفی است. در باتریهای سرب-اسیدی جدید، محققان سعی کرده‌اند با اضافه کردن ترکیبات کربنی به الکترود منفی این مشکل را حل کنند و نتایج نویدبخشی به بار آورده‌اند.
پیشنهاد : سوالات متداول درباره باتری سیلد لید اسید
باتری سرب–کربنی پیشرفته
دانشمندان از سال‌ها قبل می‌دانستند که تجمع سولفات سرب در صفحات، مانع عملکرد پایدار باتریهای سرب-اسیدی معمولی می‌شود؛ شارژ ناقص و کهنه شدن باتری‌ها دلایل اصلی چنین رخدادی هستند چون در اینصورت، زدودن سولفات از روی صفحه منفی سربی به شکل مناسب و قابل قبولی انجام نمی‌شود. باتریهای سرب-کربنی پیشرفته Advanced Lead-Carbon (ALC) با اضافه کردن ترکیبات کربنی به صفحه منفی (کاتد) این مسئله را حل می‌کند. با اینکار باتری به یک ابرخازن شبه-نامتقارن تبدیل می‌شود تا عملکرد شارژ و دشارژ بهبود یابد.
شکل ۱ یک باتری سرب-اسیدی متداول را نشان می‌دهد که صفحه منفی سربی با الکترود کربنی جایگزین شده تا بتوان از کیفیت‌های ابرخازنی آن استفاده کرد.
|
شکل ۱: تبدیل باتری سرب-اسیدی قدیمی به یک باتری سرب-کربنی پیشرفته صفحه منفی سربی با الکترود کربنی جایگزین می‌شود که کیفیت‌های یک ابرخازن را به ارث برده است. با تشکر از کنسرسیوم باتریهای سربی-اسیدی پیشرفته Advanced Lead-Acid Battery Consortium (ALABC) |
امروزه باتریهای سرب-کربنی پیشرفته به عنوان جایگزین باتریهای استارتر قدیمی در کاربردهای روزمره شناخته می‌شود. مزیت اصلی این باتری‌ها، شارژ سریع آنهاست، قابلیتی که دستیابی به آن برای باتریهای سرب-اسیدی معمولی دشوار است. از طرفی، گرچه باتریهای سرب-کربنی پیشرفته بزرگ‌تر و سنگین‌تر از باتریهای یون لیتیوم هستند، اما هزینه کمتری داشته و در دماهای زیر صفر کار می‌کنند و همچنین نیاز به خنک‌سازی ندارند، مزیتی که باتریهای یون لیتیوم توانایی ارائه آن را ندارند.
باتریهای سرب-کربنی، بر خلاف باتریهای سرب-اسیدی معمولی، می‌توانند بدون سولفاته شدن در سطوح شارژ ۳۰ تا ۷۰ درصدی کار کنند. باتری سرب-کربنی پیشرفته عمری بیشتر از باتری سرب-اسیدی معمولی دارد؛ اما نکته منفی درباره آنها افت ولتاژ سریع در زمان دشارژ است که ویژگی ابرخازن‌ها را به ما یادآوری می‌کند.
شرکت فایرفلای انرژی Firefly Energy
در شرکت فایرفلای انرژی، گونه‌ای از انواع باتریهای سرب-اسیدی تولید می شود که جنس صفحات داخلی آن از مواد ترکیبی می‌باشد. این تولید کننده ادعا می‌کند که باتریهای او سبک‌تر بوده و ضمن داشتن ترکیبات شیمیایی بهتر، عمر بیشتری نسبت به باتریهای سرب-اسیدی فعلی دارد. همچنین این باتری یکی از معدود باتریهای سرب-اسیدی است که می‌تواند با شارژ اندک، مدت زمان بیشتری کار کند. در صفحات منفی این باتری‌ها از الکترودهای فوم کربن استفاده شده است. عملکرد این نوع باتری‌ها با NiMH قابل مقایسه بوده و با هزینه پایین‌تری تولید می‌شوند.
قبلاً فایرفلای انرژی یکی از شرکت‌های تابعه کترپیلار Caterpillar بود و در سال ۲۰۱۰ ورشکسته شد. این شرکت تحت مالکیت جدید احیا شد اما دوباره با شکست مواجه گردید. این باتری‌ها از سال ۲۰۱۴ در هند و تحت لیسانس فایرفلای باتریز Firefly Batteries تولید شدند.
آلتراوردا بای‌پُلار Altraverda Bipolar
باتری آلتراوردا نیز مثل باتری شرکت فایرفلای انرژی مبتنی بر سرب است. شبکه سلولی این باتری‌ها از ساختار سرامیکی اختصاصی تیتانیوم سابوکسید ساخته شده است که Ebonex® نام دارد. صفحات داخلی این باتری‌ها شامل ذرات Ebonex® حالت خمیری ندارد؛ بلکه ساختاری پلیمری دارد که ورقه‌های با آلیاژ سربی نازکی را روی سطوح خارجی نگه می‌دارد. این باتری‌ها با انرژی دهی ۵۰ تا ۶۰ وات‌ساعت بر کیلوگرم با باتری NiCd قابل مقایسه است و گفته می‌شود که در کاربری‌های نیازمند ولتاژ بالا بهترین کارآیی را دارد. شرکت آلتراوردا که در انگلستان مستقر است با شرکت ایست‌پن East Penn در آمریکا همکاری می‌کند.
آکسیون پاور Axion Power
آکسیون پاور ای۳ سوپرسل Axion Power e3 Supercell یک باتری/ابرخازن ترکیبی است که الکترود مثبت آن از دی‌اکسید سرب استاندارد و الکترود منفی آن از کربن فعال ساخته شده است. فرآیند ساخت آن شبیه به باتری سرب-اسیدی است. باتری آکسیون پاور نسبت به باتریهای سرب-اسیدی معمول، زمان شارژ مجدد سریع‌تر و چرخه عمر طولانی‌تری را در ازای دشارژهای عمیق مکرر ارائه می‌دهد و همین امر دری را برای استفاده از آنها در خودروهای میکروهیبرید باز کرده است.
ترکیب سرب-کربن، به جای سرب خالص، عملاً وزن الکترود منفی را کاهش می‌دهد که نتیجه آن کاهش وزن ۳۰ درصدی نسبت به باتریهای سرب-اسیدی معمولی خواهد بود. اما باید در نظر داشت که استفاده از ترکیب سرب-کربن انرژی دهی باتری را به جای ۳۰ تا ۵۰ وات‌ساعت بر کیلوگرم برای باتریهای سرب-اسیدی معمول، به ۱۵ تا ۲۵ وات‌ساعت بر کیلوگرم کاهش می‌دهد. نکته منفی دیگر این باتری‌ها، افت شدید ولتاژ در زمان دشارژ است که شبیه به خاصیت دیده شده در ابرخازن‌ها است.
اولتراباتریِ سازمان عمومی پژوهش‌های علمی و صنعتی Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO)
اولتراباتری ساخت سازمان عمومی پژوهش‌های علمی و صنعتی در استرالیا، ابرخازن نامتقارنی را با باتری سرب-اسیدی ترکیب کرده که شباهت‌هایی با باتری سرب-کربنی پیشرفته تشریح شده در بالا دارد. خازن در زمان شارژ و دشارژ به عنوان بافر Buffer عمل می‌کند و به این صورت سبب بهبود توان و طول عمر باتری می‌شود. گفته می‌شود که اینکار طول عمر باتری را نسبت به باتریهای سرب-اسیدی معمولی تا چهار برابر افزایش می‌دهد و در عین حال سبب تقویت ۵۰ درصدی توان می‌شود.
همچنین تولید کننده ادعا می‌کند که جایگزینی این باتری‌ها در وسایل نقلیه الکتریکی هیبرید فعلی سبب کاهش ۷۰ درصدی هزینه‌ها می‌شود. باتریهای CSIRO در خودروهای الکتریکی هیبریدی هوندا اینسایت Honda Insight آزمایش شده‌اند و نتایج این آزمایش‌ها مثبت ارزیابی شده‌اند. این باتری در کاربردهای راه‌اندازی-توقف برای خودروهای میکروهیبرید نیز آزمایش شده است. بر خلاف دیگر باتریهای سرب-اسیدی پیشرفته، قابلیت شارژ سریع یک مزیت مهم نسبت به باتری سرب-اسیدی معمولی محسوب می‌شود.
این باتری تحت لیسانس شرکت فوروکاوا باتری Furukawa Battery ژاپن ساخته می‌شود. در سال ۲۰۱۱ ایست‌پن این شرکت را از سازمان عمومی پژوهش‌های علمی و صنعتی استرالیا خریداری نموده و اکنون از سرمایه‌گذاری خود بهره می‌برد.
ای‌ای‌استور EEStor
این محصول ترکیب باتری/ابرخازن اسرارآمیزی است که توجهات زیادی را در رسانه‌ها به خود جلب کرده است. این باتری مبتنی بر پودر سرامیکی اصلاح شده باریوم تیتانات است و سازنده آن ادعا می‌کند باتریهای تولید شده توسط او، انرژی دهی به میزان ۲۸۰ وات‌ساعت بر کیلوگرم دارد که بیشتر از باتریهای یون لیتیوم است.
این شرکت نسبت به اختراع خود بسیار سری عمل کرده و اطلاعات محدودی درباره آن منتشر می‌کند. بعضی از ادعاهای حیرت‌انگیز آنها عبارتند از: در کاربردهای هیبرید یک دهم وزن باتریهای NiMH را دارند؛ دیپ سایکل سبب افت ظرفیت باتری نمی‌شود، زمان شارژ ۳ تا ۶ دقیقه است؛ هیچگونه مواد خطرناکی ندارد؛ هزینه‌های تولید آن مشابه باتریهای سرب-اسیدی است؛ و دشارژ داخلی آن صرفاً ۰.۰۲ درصد در ماه است که برابر با کسری از درصدهای مربوط به باتریهای سرب-اسیدی و یون لیتیوم است.
باتریهای غرق‌آبی بهبودیافته Enhanced Flooded Battery (EFB)
امروزه تولید کنندگان خودرو به خاطر استفاده از باتریهای استارتر معمولی با دغدغه‌های فراوانی مواجه هستند. این موضوع زمانی اهمیت پیدا می‌کند که خودرو بطور مکرر خاموش و مجدداً استارت شود. باتریهای تشک شیشه‌ای جاذب (AGM) می‌توانند در برابر استارت‌های مکرر مقاومت کنند، اما تولیدکنندگان خودرو به دنبال راهکاری با هزینه کمتر هستند که نتیجه این بررسی‌ها باتریهای غرق‌آبی بهبودیافته بود. آزمایش‌ها نشان می‌دهند که باتریهای غرق‌آبی بهبود یافته عملکرد بهتری نسبت به باتریهای غرق‌آبی معمولی دارند اما به اندازه باتریهای AGM خوب نیستند. ظاهراً عملکرد باتری مستقیماً با هزینه باتری در ارتباط است.
خلاصه
متخصصان باتری اعتقاد دارند که محدودیت اصلی باتریهای سرب-اسیدی در مصرف سرب است. فناوری‌های مبتنی بر ماده سرب، پتانسیلِ عملکردیِ قابل توجهی دارند که هنوز به اندازه کافی مورد بهره‌برداری نگرفته‌اند. گفته می‌شود بهبود بخشی ترکیبات شیمیایی داخلی باتری با دستیابی به درک عمیق‌تر و دسترسی به ابزارهای تحلیلی می‌تواند چنین چشم‌اندازی را به حقیقت تبدیل کند. اضافه کردن ترکیبات کربنی به الکترود منفی سولفاته‌شدن را کاهش و هدایت الکتریکی و پذیرش شارژ را افزایش می‌دهد.
منبع: باتری یونیورسیتی
