آیا باتری سرب اسید می تواند در دوران مدرن رقابت کند؟

پاسخ این سوال بله است. سرب اسید قدیمی ترین باتری قابل شارژ است که برای استفاده تجاری توسط پزشک فرانسوی گاستون پلانته در سال 1859 اختراع شد. با گذشت 150 سال، ما هنوز هیچ جایگزین مقرون به صرفه ای برای اتومبیل، صندلی چرخدار، اسکوتر، چرخ دستی گلف و سیستم های یو پی اس پیدا نکرده ایم. باتری سرب اسیدی سهم بازار را در مواردی حفظ کرده است که در آنها باتری های شیمیایی جدیدتر بسیار گران هستند.

شارژ باتری سرب اسید

سرب اسید خیلی سریع شارژ نمی شود. زمان شارژ معمولی 8 تا 16 ساعت است. شارژ دوره ای کاملاً اشباع برای جلوگیری از سولفاته شدن ضروری است و باتری باید همیشه در حالت شارژ ذخیره شود. رها کردن باتری در حالت دشارژ باعث سولفاته شدن می شود و ممکن است امکان شارژ مجدد وجود نداشته باشد.

یافتن ولتاژ ایده آل برای شارژ بسیار مهم است. ولتاژ بالا (بالاتر از 2.40 ولت برای هر سلول) باعث عملکرد بهتر در شارژ می شود.

باتری ها خودرویی دارای 6 سل هستند که شارژ ایده آل آن 14.4 ولت می باشد. یعنی اگر به ازای هر سل 2.4 ولت برای شارژ نیاز داشته باشیم برای یک باتری شارژ ایده آل 14.4 ولت می باشد.

تخلیه عمیق و سیکل شارژ و دشارژ

باتری سرب اسید چرخه عمیق را دوست ندارد. تخلیه کامل باعث فشار اضافی می شود و هر چرخه عمر باتری را از بین می برد. این ویژگی فرسودگی در درجات مختلف در مورد سایر مواد شیمیایی باتری نیز صدق می کند. برای جلوگیری از تحت فشار قرار گرفتن باتری در اثر تخلیه عمیق مکرر، یک باتری بزرگتر توصیه می شود. سرب اسید ارزان است اما در صورت نیاز به چرخه های کامل تکراری، هزینه های عملیاتی می تواند بیشتر از یک سیستم مبتنی بر نیکل باشد.

بسته به عمق تخلیه و دمای عملیاتی، اسید سرب مهر و موم شده 200 تا 300 سیکل تخلیه/شارژ را ارائه می دهد. دلیل اصلی عمر چرخه نسبتا کوتاه آن، خوردگی شبکه الکترود مثبت، تخلیه مواد فعال و انبساط صفحات مثبت است. این تغییرات در دمای عملیاتی بالاتر بیشتر دیده می شود.

چگالی و خود تخلیه گی

باتری سرب اسید یکی از کمترین چگالی انرژی را دارد که آن را برای دستگاه های قابل حمل نامناسب می کند. علاوه بر این، عملکرد در دماهای پایین حاشیه ای است. میزان خود تخلیه حدود 40 درصد در سال است که یکی از بهترین ها در باتری های قابل شارژ است. در مقایسه، نیکل-کادمیم این مقدار را در سه ماه خود تخلیه می کند. محتوای بالای سرب باعث می شود که اسید سرب برای محیط زیست ناسازگار باشد.

ضخامت صفحه

عمر باتری سرب اسیدی را می توان تا حدی با ضخامت صفحات مثبت اندازه گیری کرد. هرچه صفحات ضخیم تر باشند، عمر طولانی تری خواهند داشت. در حین شارژ و تخلیه، سرب روی صفحات به تدریج خورده می شود و رسوبات به پایین می ریزند. وزن باتری به خوبی نشان دهنده محتوای سرب و طول عمر آن است.

صفحات باتری های استارت خودرو حدود 0.040 اینچ (1 میلی متر) ضخامت دارند، در حالی که باتری های گاری گلف معمولی دارای صفحاتی بین 0.07 الی 0.11 اینچ (1.8 الی 2.8 میلی متر) هستند. باتری‌های لیفتراک ممکن است صفحاتی بیش از 0.250 اینچ (6 میلی‌متر) داشته باشند. بیشتر باتری‌های چرخه عمیق صنعتی از صفحات سرب-آنتیموان استفاده می‌کنند. این کار باعث بهبود عمر صفحه می‌شود اما گازگرفتگی و اتلاف آب را افزایش می‌دهد.

شما می توانید جهت خرید انواع باتری های سرب اسید سیلد از فروشگاه اینترنتی کیان باتری استفاده کنید.

باتری سیلد سرب اسیدی 

در اواسط دهه 1970، محققان باتری سرب اسیدی، باتری بدون نیاز به تعمیر و نگهداری ساختند که می تواند در هر موقعیتی کار کند. الکترولیت مایع به جداکننده های مرطوب ژل می شود و محفظه مهر و موم می شود. سوپاپ‌های ایمنی در هنگام شارژ، دشارژ و تغییرات فشار اتمسفر اجازه هواگیری را می‌دهند.

با توجه به نیازهای مختلف بازار، دو سیستم سرب اسید پدید آمد:

• باتری های سرب اسید سیلد معمولی
•  اسید سرب تنظیم شده با شیر بزرگتر A valve regulated lead–acid (VRLA) که به دو گروه باتری ژله ای و ای جی ام تقسیم می شوند.

هر دو باتری مشابه هستند. مهندسان ممکن است استدلال کنند که کلمه “سرب-اسید مهر و موم شده” یک نام اشتباه است زیرا هیچ باتری قابل شارژی را نمی توان کاملاً آب بندی کرد.

برخلاف باتری سرب اسیدی پر شده Flooded Battery ، هر دو SLA و VRLA با پتانسیل اضافه ولتاژ پایین طراحی شده اند تا از رسیدن باتری به پتانسیل تولید گاز خود در حین شارژ جلوگیری کنند زیرا شارژ بیش از حد باعث گازگرفتگی و تخلیه آب می شود. در نتیجه، این باتری ها هرگز نمی توانند با پتانسیل کامل خود شارژ شوند. برای کاهش خشکی، باتری های سرب اسیدی مهر و موم شده به جای سرب- آنتیموان از سرب-کلسیم استفاده می کنند.

تاثیر دما روی باتری

دمای کارکرد بهینه برای باتری سرب اسید 77 درجه فارنهایت معادل با 25 درجه سانتی گراد است. دمای بالا باعث کاهش طول عمر می شود. به عنوان یک دستورالعمل، هر 8 درجه سانتیگراد (15 درجه فارنهایت) افزایش دما، عمر باتری را به نصف کاهش می دهد. یک VRLA که به مدت 10 سال در دمای 25 درجه سانتیگراد (77 درجه فارنهایت) دوام می آورد، تنها برای 5 سال خوب است که در دمای 33 درجه سانتیگراد (92 درجه فارنهایت) کار کند. همان باتری اگر در دمای ثابت بیابان 41 درجه سانتیگراد (106 درجه فارنهایت) نگهداری شود، پس از 2 سال و نیم از کار می افتد.

باتری سرب اسیدی مهر و موم شده

شکل 1: باتری سیلد سرب اسید SEALED LEAD ACID BATTERY ( باتری که در ایران به عنوان باتری اتمی شناخته می شوند)

باتری سیلد سرب اسیدی دارای دشارژ 5 ساعت (0.2) و 20 ساعت (0.05 درجه سانتیگراد) است. زمان های تخلیه طولانی تر به دلیل تلفات کمتر، خوانش ظرفیت بالاتری را ایجاد می کند. سرب اسید در جریان های بار بالا عملکرد خوبی دارد.

باتری های ای جی ام AGM 

AGM یک نوع جدیدتر باتری سید سرب اسیدی است که از لایه های منسوج  فایبرگلاس بین صفحات استفاده می کند. مهر و موم شده است، بدون نیاز به تعمیر و نگهداری است یعنی نیاز به تعویض آب باتری ندارند.  صفحات آن مقاومت خوبی مقابل ضربه و لرزش زیاد دارند. تقریباً همه باتری‌های AGM نوترکیب هستند، به این معنی که می‌توانند 99 درصد اکسیژن و هیدروژن را دوباره ترکیب کنند. تقریبا هیچ آبی را در فرآینده شیمیایی از دست نمی دهند.

ولتاژ شارژ مانند سایر باتری های سرب اسیدی است. حتی در شرایط اضافه شارژ شدید، انتشار هیدروژن کمتر از 4 درصد تعیین شده برای هواپیما و فضاهای بسته است. خود تخلیه کم 1 تا 3 درصد در ماه امکان ذخیره سازی طولانی قبل از شارژ مجدد را فراهم می کند. هزینه AGM دو برابر نسخه سیلد شده با همان ظرفیت است. به دلیل دوام، خودروهای آلمانی با عملکرد بالا از باتری‌های AGM استفاده می کنند.

در مورد باتری های ای جی بیشتر بخوانید : 

تکنولوژی باتری ای جی ام AGM

مزایا

• ارزان و ساده برای ساخت.
• تکنولوژی بالغ، قابل اعتماد و به خوبی درک شده – اگر که به درستی استفاده شود، باتری اسید سرب بادوام و عمر خوبی دارد و انرژی قابل اعتمادی را ارائه می دهد.
• خود تخلیه در این نوع باتری ها خیلی کم می باشد و  یکی از کم ترین خودتخلیه گی در بین سیستم های باتری قابل شارژ را دارد.
• دارای سرعت تخلیه بالا

معایب

• نسبت به وزن خود انرژی کمتری تولید می کنند.
• نمی توان آن را در شرایط تخلیه ذخیره کرد – ولتاژ سلول هرگز نباید کمتر از 2.10 ولت باشد.
• فقط تعداد محدودی چرخه تخلیه کامل را امکان پذیر می کند – برای برنامه و ماشین آلات آماده به کار که فقط به تخلیه های عمیق گاه به گاه نیاز دارند مناسب است.
• محتوای سرب و الکترولیت باتری را با محیط زیست ناسازگار می کند.
• محدودیت های حمل و نقل در مورد اسید سرب غرق شده – نگرانی های زیست محیطی در مورد نشت وجود دارد.
• در صورت شارژ نادرست ممکن است فرار حرارتی رخ دهد.