باتری‌ سرب اسیدی چیست

🔄 آخرین به‌روزرسانی: آذر 1404

مقدمه

باتری‌های سرب اسیدی از قدیمی‌ترین و در عین حال پرکاربردترین سامانه‌های ذخیره‌سازی انرژی الکتریکی به شمار می‌روند. این فناوری که نخستین‌بار در سال ۱۸۵۹ توسط فیزیکدان فرانسوی گاستون پلانته معرفی شد، نقطه‌ی آغاز تولید صنعتی باتری‌های قابل شارژ بود و همچنان پس از گذشت بیش از یک قرن و نیم، به دلیل قابلیت اطمینان بالا، هزینه‌ی مناسب و سادگی ساخت، در بخش‌های مختلف صنعت جایگاه خود را حفظ کرده است.

در این مقاله ابتدا به ماهیت و ساختار باتری سرب اسیدی پرداخته می‌شود و اجزای اصلی آن مورد بررسی قرار می‌گیرد. سپس مزایا و محدودیت‌های این فناوری تحلیل می‌شود تا دید روشنی از عملکرد و کاربری آن به دست آید. در ادامه، مباحث تخصصی همچون خوردگی شبکه، پدیده‌ی خوددشارژی و نیز الزامات ولتاژ شارژر باتری مطرح خواهد شد. هدف این نوشتار ارائه‌ی یک نگاه جامع و به‌روز به جنبه‌های کلیدی باتری سرب اسید است تا خواننده بتواند درک دقیق‌تری از ویژگی‌ها و رفتار این نوع باتری در شرایط عملیاتی مختلف کسب کند.

باتری سرب اسیدی چیست

باتری‌های سرب اسیدی از چهار قسمت اصلی قطب مثبت، قطب منفی، الکترولیت و جداکننده تشکیل می‌شود. در باتری های سرب اسیدی ماده شیمیایی عمده تشکیل دهنده صفحات مثبت، اکسید سرب (PbO2) می‌باشد و ماده شیمیایی عمده تشکیل دهنده اکترودهای منفی، سرب (Pb) است.

لازم بذکر است که سرب یا اکسید از لحاظ مکانیکی قابلیت فرم گیری مناسب ندارند و اغلب به کمک افزودن آلیاژهای مختلف و همچنین شبکه‌های نگهدارنده حالت دهی می‌شوند.

اجزای باتری سرب اسید

در باتری‌های سرب اسیدی هر دو قطب مثبت و منفی در محلولیبه نام الکترولیت غوطه‌ور هستند. این محلول از اسید سولفوریک (H2SO4) با غلظتی در حدود ۲۵ تا ۴۰ درصد و آب (H2O) با غلظتی در حدود ۶۰ تا ۷۵ درصد، تشکیل می‌شود. ترکیب آب و اسید سولفوریک باعث می‌شود که اسید سولفوریک بصورت یونیزه درآمده و به یونهای H+ و HSO4- تبدیل شود.

جداکننده و فاصله دهنده، بخش دیگری از باتریهای سرب اسیدی را تشکیل می‌دهند. وظیفه اصلی آنها جدا سازی و ایزوله کردن الکتریکی قطبهای مثبت و منفی از یکدیگر است. در بعضی از انواع از این باتری ها که از نظر حجم باتری محدودیتی وجود ندارد، این ایزولاسیون به کمک ایجاد فاصله فیزیکی بین الکترودها ایجاد می‌شود که باعث ارزان‌تر شدن باتری ولی افزایش حجم آن می‌شود.

مزایای باتری سرب اسیدی

قیمت نسبتا پایین باتری سرب اسیدی در مقایسه با سایر باتری‌های مشابه و همچنین قابلیت جریان دهی لحظه‌ای بالای آنها، باتری‌های سرب اسیدی را تبدیل به بهترین انتخاب برای مصارف گونان همچون خودروها، کشتی‌ها و یوپی‌اس‌ها نموده است.

هم اکنون اقبال عمومی به استفاده از این باتری‌ها به حدی است که تقریبا ۸۰ درصد از کل مصرف سرب دنیا در ساخت باتری‌های سرب اسیدی استفاده می‌شود. این باتری‌ها معایبی نیز دارند که از جمله‌ی این معایب می‌توان به حجم و وزن بالا اشاره کرد که موجب شده تا کاربرد این باتری‌ها کمی محدود شود.

معایب باتری سربی اسیدی

خوردگی شبکه در باتری سرب اسید

یکی از مشکلاتی که در مورد باتری‌های سرب اسیدی مطرح است، حساسیت این باتری‌ها نسبت به تخلیه‌ی کامل است. این یک قانون کلی برای هر نوع باتری است که در هر دشارژ کامل، اندکی از ظرفیت باتری از دست می‌رود. این پدیده در تمام انواع باتری ها دیده می‌شود ولی درجات آن متفاوت است.

بطور کلی حساسیت نسبی باتری‌های سرب اسید به دشارژ کامل باعث شده است که حداکثر تعداد سیکل‌های دشارژ کامل یا اصطلاحا “Deep Discharged” آنها حدودا بین ۲۰۰ تا ۳۰۰ سیکل باشد. دشارژ عمیق این باتری ها باعث بروز پدیده‌ای به نام “خوردگی شبکه” یا Grid Corrosion، در صفحات قطب مثبت باتری می‌شود که شدیدا در کاهش طول عمر باتری تاثیرگذار است.

پدیده‌ی خود دشارژی

باتری‌های سرب اسید را اگر به حال خود رها کنند، بدلیل وجود پدیده خود دشارژی (Self Discharge)، به تدریج دشارژ خواهند شد. زمان انبارداری باتری های سرب اسیدی نباید بیش از ۶ ماه باشد و علت آن همین پدیده خود دشارژی است. چون پس از گذشت چند ماه باتری به طور کامل دشارژ شده و همانطور که اشاره شد دشارژ عمیق باتری باعث آسیب دیدن آن و بروز پدیده خوردگی شبکه در باتری سرب اسید می‌شود.

ولتاژ شارژر باتری سرب اسید

شارژ باتری‌های سرب اسیدی ساده است و حتی به کمک یک منبع ولتاژ نسبتا ساده (مثل دینام خودرو) نیز می‌توان براحتی باتری را شارژ نمود. اما حتما می‌بایست محدودیت‌هایی را در سطح ولتاژ برای شارژر در نظر گرفت. یکی دیگر از دلایل بروز پدیده خوردگی شبکه قطب مثبت باتری بالا بودن ولتاژ شارژر باتری است و اگر ولتاژ بیش از ۱۳٫۷ ولت بر هر باتری (یا ولتاژ ۲٫۲۸ برای هر سلول باتری) به صورت پیوسته بر باتری اعمال شود، احتمال بروز پدیده خوردگی قطب مثبت افزایش می‌یابد.

از طرفی اگر بیش از حد ولتاژ را کاهش دهیم، پدیده مخرب دیگری بنام سولفاته شدن قطب منفی (Sulfation) رخ خواهد داد که باز هم منجر به کاهش ظرفیت باتری می‌شود. لذا در صورتیکه تمایل به استفاده مناسب از این دسته از باتری‌ ها وجود داشته باشد می‌بایست حتما از یک شارژر مناسب با در نظر گرفتن کلیه محدودیت‌های این نوع باتری‌ها استفاده کرد.

حال که با کلیت باتری‌های سرب اسیدی آشنا شدیم، در مقاله‌ی عملکرد باتری سرب اسید به جزئیات بیشتری از این نوع باتری‌ها می‌پردازیم و خواهیم دید که این باتری‌ها چگونه کار می‌کنند.

منبع: upsonline.ir