انواع باتری سرب اسیدی ، کدام باتری اسیدی بهتر است؟

باتری‌ها از اعضای جدایی ناپذیر خودرها هستند. بدون شک برای روشن کردن ماشین خود به این قطعه احتیاج خواهید داشت. در این مقاله می‌خواهیم به معرفی انواع باتری سرب اسیدی بپردازیم.

باتری اسیدی یا سرب-اسیدی، نوعی باتری قابل شارژ است که در سال 1859 توسط «گاستون پلانته»، فیزیک‌دان فرانسوی اختراع شد. این نوع باتری به دلیل هزینه پایین و در دسترس بودن برای استفاده در وسایل نقلیه موتوری، عمدتاً در حالت شارژ استفاده می‌‌‎شود.

معرفی انواع باتری سرب اسیدی

در بازار، انواع مختلفی از باتری‌های سرب اسیدی وجود دارند و هر کدام با ویژگی‌های خاصی برای کاربردهای مختلف طراحی شده‌اند. انتخاب باتری اسید سرب مناسب برای نیازهای خاص شما بسیار اهمیت دارد. عدم انتخاب صحیح ممکن است منجر به کاهش عملکرد این قطعه و حتی صدمات غیرقابل جبران به آن شود که در نهایت از طول عمر باتری می‌کاهد.

به طور کلی، باتری‌های سرب اسیدی به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

·         باتری‌های سرب اسیدی تر

·         باتری‌های سرب اسیدی خشک یا سیلد اسیدی

حالا پیش از اینکه بیاییم به ویژگی‌های هرکدام بپردازیم و تفاوت آن‌ها را بررسی کنیم، بد نیست نگاهی کلی به این باتری بیندازیم.

بیشتر بخوانید: معرفی انواع برند باتری ایرانی

ساختار باتری اسید سرب چگونه است؟

سرب-اسیدی یک نوع باتری قابل شارژ محسوب می‌شود که از مواد شیمیایی، نقاط الکتریکی، نگهدارنده‌ها و قطعات مکانیکی تشکیل شده است. به طور کلی، ساختار یک باتری سرب اسیدی چند بخش اصلی دارد که در ادامه هر کدام از آن‌ها را توضیح خواهیم داد.

الکترود یا صفحات مثبت (کاتد) در باتری‌های سرب اسیدی

الکترودهای مثبت جایی هستند که در زمان خالی شدن باتری ، جذب الکترون‌ها می‌شوند. در این نوع باتری، اکسید سرب (PbO2) به عنوان ماده اصلی الکترود مثبت، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

الکترود یا صفحات منفی (آند) در باتری‌های سرب اسیدی

الکترودهای منفی جایی هستند که در زمان خالی شدن باتری، الکترون‌ها از آن خارج می‌شوند. سرب (Pb) به عنوان ماده اصلی الکترود منفی استفاده شده‌اند. به منظور بهبود خواص مکانیکی سرب یا اکسید آن، اغلب به افزودن آلیاژها و شبکه‌های نگهدارنده نیاز است.

الکترولیت در باتری‌های سرب اسیدی

این بخش محیطی بین دو الکترود پر است که به عنوان راهی برای جریان شارژ بین الکترودهای مثبت و منفی عمل می‌کند. در باتری سرب اسیدی، هر دو الکترود در یک محلول اسید سولفوریک (H2SO4) با غلظت حدود 25 تا 40 درصد و آب (H2O) با غلظت حدود 60 تا 75 درصد قرار دارند. ترکیب آب و اسید سولفوریک باعث یونیزه شدن این مایع و تشکیل یون‌های H+ و HSO4- می‌شود.

نگهدارنده‌ها و قطعات مکانیکی در باتری‌های سرب اسیدی

این قسمت‌ها شامل موادی هستند که به شکل فیزیکی الکترودها را حفظ می‌کنند. این مواد به عنوان مواد فعال نیز شناخته می‌شوند. برای بهبود خواص مکانیکی سرب یا اکسید آن، اغلب به افزودن آلیاژها و شبکه‌های نگهدارنده نیاز است.

جداکننده و فاصله‌دهنده در باتری‌های سرب اسیدی

جداکننده و فاصله‌دهنده، بخش مهمی از باتری‌های سرب اسیدی را تشکیل می‌دهند. وظیفه اصلی این بخش‌ها جداسازی و ایزوله کردن الکتریکی قطب‌های مثبت و منفی از یکدیگر است. بخشی از فناوری ساخت باتری‌های سرب اسیدی به طراحی این ایزولاتورهای الکترومکانیکی اختصاص دارد.

در برخی از انواع باتری که حجم محدودیتی ندارد، این ایزولاسیون با ایجاد فاصله فیزیکی بین الکترودها به دست می‌آید که باعث ارزان‌تر شدن باتری می‌شود، اما حجم آن را افزایش می‌دهد. انواع مختلفی از این جدا کننده نیز ساخته شده که در ادامه آن‌ها را معرفی خواهیم کرد.

جداکننده‌های PVC

این نوع جداکننده‌ها معمولاً در باتری‌های معمولی دریچه‌دار و آلیاژ سرب-آنتیموان استفاده می‌شوند که از لحاظ هدایت الکتریکی جزو بدترین جداکننده‌های باتری هستند.

جداکننده‌های سلولزی

این نوع جداکننده‌ها از لحاظ هدایت الکتریکی، کیفیت نسبی و مناسبی دارند.

جداکننده‌های پلی‌اتیلنی

این نوع به دلیل استحکام مکانیکی و هدایت مناسبی که دارند و همچنین فرم‌پذیری مناسب خود، اغلب به صورت پاکتی الکترودهای مثبت را در بر می‌گیرند.

جداکننده‌های AGM (Absorptive Glass Mat)

تقریباً به عنوان بهترین نوع جداکننده شناخته می‌شوند و در بازگشت‌پذیری مجدد اکسیژن آزاد شده در واکنش‌ها به محیط شیمیایی باتری‌ها، نقش بسزایی دارند.

جداکننده‌های ژلی

این نوع جداکننده‌ها مشابه AGM هستند و در باتری‌هایی که از آن‌ها استفاده می‌شود، الکترولیت به صورت مایع جریان ندارد و اغلب قرمز شکل است.

باتری سرب اسیدی تر چیست؟

باتری‌های اسید سربی تر، نوعی هستند که در صنعت خودرو به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند. از نظر اقتصادی، این نوع در مقایسه با سایر باتری‌ها، هزینه آمپر ساعت کمتری دارند و بنابراین مقرون به صرفه‌تر خواهند بود. امروزه، باتری‌های مدرن به دو حالت مختلف ارائه می‌شوند:

·         باتری سرب اسیدی تر که قابلیت تعمیر دارد

·         باتری سرب اسیدی تر که قابلیت تعمیر ندارد

باتری‌های معمولی که دارای سلول‌های قابل تعمیر هستند، نیازمند مراقبت بیشتر و خدمات منظم خواهند بود. این مراقبت‌ها شامل اضافه کردن آب به سلول‌ها در صورت کاهش سطح آب، یکسان‌سازی و تنظیم شارژ سلول‌ها و تمیز نگه‌داشتن ترمینال‌های باتری می‌شود.

نصب باتری‌های تر نیازمند دقت بیشتری خواهد بود؛ زیرا خطر نشت اسید در آن‌ها وجود دارد. همچنین، حمل و نقل این قطعات چالش‌های خاص خود را دارد و به دلایل ایمنی، فقط توسط شرکت‌های حمل و نقل معتبر و ویژه قابل حمل است.

باتری سرب اسیدی خشک چیست؟

عموماً باتری‌های سرب اسیدی با دریچه قابل تنظیم (VRLA) یا باتری سیلد اسید (SLA) شناخته می‌شوند. باتری‌های SLA در انواع مختلفی در دسترس هستند. فرایند اصلی تولید آن‌ها، شامل تعداد و ضخامت صفحات، بر اساس نیاز کاربر نهایی طراحی می‌شود.

باتری‌های SLA تمایلی به سولفاته شدن و تخریب سلول‌های مرطوب ندارند و به عنوان ایمن‌ترین باتری‌های سربی اسیدی برای استفاده به کار می‌روند. نوع سیلد این نوع قطعات، در دو نوع اصلی یعنی AGM (Absorbed Glass Matt) و ژل سل (Gel Sealed Lead Acid) (الکترولیت ژل شده) تولید می‌شوند.

باتری های سیلد اسیدی ای جی ام (AGM) چه ویژگی‌هایی دارند؟

باتری‌های AGM بهترین قیمت را در میان انواع باتری‌های سیلد اسید با دریچه کنترل را ارائه می‌دهند. این نوع باتری از فرایند شیشه جاذب (AGM) استفاده می‌کنند که برتر از فناوری سنتی غرقابی است. جداکننده‌های شیشه‌ای فایبر گلاسی بسیار ریز و بسیار متخلخل، الکترولیت (اسید سولفوریک رقیق شده) را جذب می‌کنند و با کاهش مقاومت داخلی باتری که به نوبه خود ظرفیت را افزایش می‌دهد، کارایی خودش را بالا می‌برد.

مقاومت داخلی کمتر این قطعه به این معناست که می‌تواند بسیار سریع‌تر از باتری‌های معمولی غرقابی یا تر شارژ شود. باتری‌های AGM ظرفیت بسیار بیشتری را در اندازه کوچک‌تر ارائه می‌دهند و می‌توانند با استفاده از فرایندهای استاندارد حمل و نقل و بدون شرایط ویژه جابجا شوند.

این نوع باتری کاربرد‌های فراوانی دارد که به عنوان مثال می‌توان از موارد زیر نام برد:

·         یوپی‌اس (UPS)

·         صنایع زنگ هشدار مخابرات

·         چرخ‌دستی‌های گلف

·         ماشین‌های حمل و نقل

·         وسایل نقلیه ورزشی

مهم است که از انتخاب باتری AGM مناسب برای کاربری خود اطمینان حاصل کنید. اگرچه ولتاژ، ظرفیت، ابعاد و رتبه‌بندی امکان دارد در یک محدوده بسیار مشابه وجود داشته باشد؛ اما هر باتری AGM کاربرد مشخصی دارد که باید در آنجا استفاده شود.

باتری های سیلد اسیدی ژل سل (Gel  Sealed  Lead  Acid) چه ویژگی‌هایی دارند؟

یک تصور غلط رایج این است که همه باتری‌های سرب اسیدی آب‌بندی شده، ژلی هستند. این نوع قطعات، الکترولیت ژل شده دارند که با نمونه‌های AGM متفاوت است. اسید سولفوریک با فوم سیلیس مخلوط شده و باعث می‌شود که توده حاصل، ژل‌مانند و بی‌حرکت بماند.

وجود الکترولیت بی‌حرکت باعث می‌شود این نوع باتری‌ها نیاز به نگهداری نداشته باشند. برخلاف یک باتری تر، باتری‌های ژلی نیازی به قرارگرفتن در یک موقعیت خاص ندارند و می‌توان آن‌ها را با استفاده از روش‌های حمل و نقل معمولی جابجا کرد.

ویژگی ذاتی ژل باعث کاهش تبخیر الکترولیت، جلوگیری از نشت و مسائل مربوط به خوردگی می‌شود که در باتری‌های تر بسیار رایج است. باتری‌های ژلی مقاومت بیشتری در برابر درجه حرارت شدید، ضربه و ارتعاش دارند. آن‌ها قادر به تحمل تخلیه بیش از حد (over discharging) هستند که معمولاً باعث آسیب‌های جبران‌ناپذیر به باتری‌های تر و برخی از باتری‌های AGM می‌شود.

این نوع در پروژه‌هایی که به جریان ثابت، مانند چرخ‌دستی‌های گلف، پاوربانک نیاز است، به کار می‌روند. باتری‌های ژلی معمولاً بسیار گران‌تر از همتایان AGM و تر است. نرخ تخلیه انرژی آن‌ها بسیار پایین است (1 درصد در ماه)، اما به روش‌های خاص و شارژرهای خاصی برای شارژ نیاز دارند.

نقطه ضعف باتری سرب اسید چیست؟

حساسیت و پایداری باتری‌های سرب اسیدی نسبت به باتری‌های نیکل کادمیوم در شرایطی که این قطعه به طور کامل خالی شدن باتری می‌شود، بالاتر است. این یک قاعده عمومی برای هر نوع باتری است که در هر دوره خالی شدن کامل باتری، مقداری از ظرفیت باتری از بین می‌رود.

البته این مقدار تا زمانی که باتری در شرایط خوب و در اوایل عمر خود باشد، بسیار کم است؛ اما با گذشت زمان و افزایش سیکل‌های خالی شدن باتری، این مقدار بیشتر می‌شود. این پدیده در تمام انواع باتری‌ها وجود دارد، اما درجات آن نیز تفاوت‌هایی دارد.

به طور کلی، حساسیت نسبی باتری‌های سرب اسیدی به دوره‌های خالی شدن کامل باتری باعث شده است که حداکثر تعداد سیکل‌های خالی شدن باتری کامل یا عمیقِ آن‌ها، حدوداً بین 200 تا 300 سیکل باشد. خالی شدن باتری عمیق باتری باعث بروز پدیده‌ای به نام خوردگی شبکه در صفحات قطب مثبت باتری می‌شود. این اتفاق، کاری می‌کند که طول عمر باتری کاهش یابد.

همچنین، باتری مدل سرب اسید اگر به حال خود رها شود، به دلیل وجود پدیده خالی شدن باتری خودی، به تدریج شارژ کم می‌کند.

بیشتر بخوانید: آشنایی با نحوه عملکرد باتری خودرو و انواع آن

باتری سرب اسیدی و نیکل کادمیوم چه تفاوتی با هم دارند؟

مدل‌های سرب اسید و نیکل کادمیوم از محبوب‌ترین باتری‌ها در صنعت یوپی‌اس هستند. اغلب این سوال مطرح می‌شود که این دو نوع باتری چه تفاوت‌هایی با یکدیگر دارند؟ در چه شرایطی بهتر است باتری سرب اسیدی و در چه مواقعی از نیکل کادمیوم باید استفاده کنیم؟

باتری سرب اسید از آند یا قطب مثبت (PbO2) و قطب منفی یا کاتد (Pb) تشکیل شده و الکترولیت آن محلول اسید سولفوریک (H2SO4) و آب (H2O) است. اسید سولفوریک خالص معمولاً بین 25 تا 40 درصد از کل محلول را تشکیل می‌دهد؛ اما در باتری هیدرات نیکل (NiOOH)، بخش عمده این قطعه در قطب مثبت آن است.

باتری‌های نیکل کادمیوم حدوداً بین 2 تا 4 برابر گران‌تر از نمونه مشابه خود از نوع سرب اسید هستند. البته بسته به کیفیت، نوع آلیاژ و تکنیک ساخت باتری، این امکان وجود دارد که این اختلاف بیشتر از 5 برابر نیز بشود. به همین دلیل، سرمایه اولیه مورد نیاز برای تامین نیروی بکاپ از باتری‌های نیکل-کادمیومی بسیار بالاتر خواهد بود.

باتری‌های سرب اسیدی بیشتر برای عملکرد در محدوده دمایی 10 تا 35 درجه سانتیگراد پیشنهاد می‌شوند؛ زیرا حساسیت زیادی نسبت به تغییرات دما دارند. ظرفیت ظاهری باتری‌های سرب اسیدی با کاهش دما سریعاً کاهش یافته و با افزایش دما، عمر متوسط آن‌ها به شدت کاهش می‌یابد؛ اما باتری‌های نیکل کادمیوم نسبت به تغییر دما کمتر حساس هستند.

بازه دمای مناسب برای عملکرد باتری نیکل کادمیوم معمولاً بین 20 تا 60 درجه سانتیگراد است. البته طول عمر متوسط آن نیز با افزایش دما کاهش می‌یابد.

باتری‌های نیکل کادمیوم قابلیت شارژ کوتاه مدت را به طوری که می‌توان آن‌ها را در زمان‌های کوتاه مانند 1 ساعت نیز شارژ کرد را دارند، درحالی‌که برای باتری‌های سرب اسیدی، شارژ سریع در زمان‌های کمتر از 4 ساعت توصیه نمی‌شود و عموماً 8 تا 10 ساعت را به عنوان زمان مناسب شارژ آن‌ها در نظر می‌گیرند.

جمع‌بندی

باتری‌های اسیدی با وجود قدمت طولانی، همچنان نقشی حیاتی در تامین انرژی طیف گسترده‌ای از کاربردها ایفا می‌کنند. مزایای این نوع باتری، مانند قیمت پایین، قابلیت اطمینان و کارایی، آن‌ها را به انتخابی محبوب در بسیاری از صنایع تبدیل کرده است.

با پیشرفت‌های تکنولوژی و تلاش برای کاهش اثرات زیست محیطی، باتری ‌های اسیدی همچنان به عنوان منبع انرژی قابل اتکا و مقرون به صرفه در سال‌ های آینده به کار خود ادامه خواهند داد.