انواع مختلف باتری و کاربرد آنها

انواع مختلف پیل و باتری

در زمان­های گذشته تنها منابع قابل انتقال انرژی بخار یا سوخت بود. پس از اختراع باتری، زندگی راحت­تر از گذشته شد طوریکه امروزه همه افراد قادرند از ماشین­های قابل حمل جهت تسهیل در انجام امور روزانه خود استفاده کنند. در این مورد، باتری­ها قابلیت برآورده­سازی نیاز به انرژی را دارا هستند. بدون شک باتری خیلی کوچک به نظر می­رسد اما قطعا می­توانند سیلندر کوچک خود را به نیروگاه کوچکی تبدیل کنند. ایده تولید توان قابل حمل چندان جدید نیست و حتی انسان­های ماقبل تاریخ نیز برای تولید توان از چوب­های جنگلی و سوخت استفاده می­کردند. اما باتری­ها رئشی سریع در تولید توان الکتریکی هستند به نحوی که قادر خواهید بود با فشردن یک دکمه در زمان یک ثانیه و یا حتی کمتر یک اتاق تاریک را روشن نمایید.

 

====================================

انواع مختلفی از باتری­ها در بازار موجود است.

تمامی این باتری­ها بر اساس تبدیل انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی کارمی­کنند. در این مقاله، برروی مسائل موردنیاز در مورد تفاوت بین انواع مختلف باتری­ها و موارد استفاده و کاربرد آنها بحث‌می­شود. قبل از پرداختن به نحوه کار و موارد استفاده انواع باتری­ها، نگاهی به تاریخچه باتری می­اندازیم. منشا آنها از کجاست و چگونه گشف گردیدند؟

جدول فهرست

• تاریخچه باتری­ها
• شیمی کلی باتری
• انواع مختلف باتری
• پیل اولیه (باتری‌های غیر قابل شارژ)
• باتری کربن – روی
• سلول­های لیتیم
• آلکالین
• سلول­های اکسید نقره
• سلول­های روی – هوا
• پیل ثانویه (باتری­های قابل شارژ)
• سربی اسیدی
• یون لیتیم
• نیکل هیدرید فلز
• تفاوت بین پیل­های اولیه و ثانویه
• مشخصات
• طراحی
• پیل ذخیره­ساز
• پیل سوختی
• مزایای باتری نسبت به منابع توان
• اشکالات باتری
• انتخاب باتری سالم بر اساس کاربرد
• باتری خودروی برقی (EV)
• ساختمان باتری­های EV

 

====================================

تاریخچه باتری

در سال ۱۸۰۰، ولتا کشف‌کرد که یک سیال خاص می­تواند زمانی که به عنوان یک هادی استفاده می‌شود، توان الکتریکی پیوسته‌­ای تولید کند.

این کشف منجر به اولین پیل شیمیایی بنام باتری‌شد که عصر جدیدی از آزمایشات مربوط به باتری­‌ها را آغاز نمود و تعدادی از دانشمندان آزمایش­های مختلفی را به منظور ساخت باتری­ها انجام دادند اما فقط تعداد کمی از آن ها توانستند به نتیجه برسند.

ولتا و دانیل دو دانشمندی بودند که به ترتیب به جهت  سلول ولتایی و دانیل[1] شناخته‌شدند.

 

====================================

سلول ولتایی:

پیل ولتایی از واکنش های شیمیایی برای تولید انرژی الکتریکی استفاده می­کند به نحوی که یک آند و کاتد در مقابل هم قرار گرفته­اند. در آند، اکسایش و در کاتد کاهش رخ می­دهد. پلی نمک نیز جهت تکمیل شدن مدار ایجاد می شود و بخش­هایی که در آنها اکسایش و کاهش رخ می­دهد، نیم سلول نامیده می­شوند. همچنین از یک مدار خارجی برای هدایت جریان الکترون­ها استفاده می­شود.

پیل ولتایی که توسط ولتا ابداع گردید، چندان قابل حمل نبود و معایب زیادی داشت. پس از آن، سلول دانیل که توسط “جان فردریک دانیال” طراحی شد، محبوب گردید.

سلول دانیل:

پس از اختراع پیل ولتایی، سلول دانیل در قرن­های قبل به عنوان منبع برق مورد استفاده قرار گرفت. در این نوع سلول، یک ظرف به دو قسمت تقسیم می­شود و شکاف موجود توسط یک لایه نفوذپذیر به یون تبدیل می­شود.

در یکی از اجزا، الکترولیت روی به محلول سولفات روی و در قسمت دیگر، الکترود مس در محلول سولفات مس آغشته می­گردد. این سلول تا زمانی قادر به تحویل جریان خواهد بود که سولفات مس یا روی به پایان برسد.

“جان دنسر[2]“ این آزمایش را پیش برد و اولین باتری با طراحی متخلخل را ارائه نمود. در سال ۱۸۵۹، باتری سربی اسیدی که توسط گاستون پلنت[3] طراحی شده بود به علت قابلیت شارژ باتری، محبوبیت پیدا کرد. طراحی ساده باطری منجر شد تا با معکوس کردن جریان برگشتی به باتری، مجددا شارژ شود. این باتری هنوز در بسیاری از موارد مثل باتری اتومبیل، وسایل نقلیه موتوری و غیره مورد استفاده قرار می­گیرد.

علاوه بر این، باتری لکلانشه[4] توسط کارل جسنر[5] به عنوان طراحی خشک ابداع شد که فاقد الکترولیت مایع بود. حال مروری بر این نوع باتری­ها خواهیم داشت.

این اختراع استفاده از باتری را بسیار آسان و راحت کرد چرا که مشکلات ریخته شدن و جهت­گیری به طور کامل برطرف شده بود. مجددا باتری نیکل – کادمیم ابداع شد که معمولا به عنوان باتری قلیایی شناخته می­گردد. در دهه ۱۹۷۰ نیز بیشتر باتری­های لیتیومی برای استفاده در دستگاه­های قابل حمل ابداع گشتند.

 

====================================

شیمی کلی باتری:

یک باتری دارای سه لایه کاتد، آند و جداکننده است. لایه منفی باتری، آند و لایه مثبت آن کاتد نامیده می­شود.

هنگامی که یک بار به باتری متصل می­شود، جریان از طریق آند به کاتد شارش‎می­یابد. به طور مشابه، زمانیکه شارژر باتری را متصل می­کنیم، جریان شروع به شارش در جهت مخالف یعنی کاتد به طرف آند می­کند.

تمام باتری­‌ها بر اساس یک واکنش شیمیایی به نام اکسایش کاهش کارمی­کنند که این واکنش بین کاتد و آند از طریق جداکننده (الکترولیت) روی می­دهد. در نتیجه، الکترود اول در اثر واکنش اکسایش دارای بار منفی می­گردد و این الکترود، کاتد نامیده می­شود. الکترود دوم نیز در اثر واکنش کاهش دارای بار مثبت می­گردد و آند نامیده می­شود. زمانیکه دو فلز متفاوت در یک محلول الکترولیت غوطه­ور شوند، یکی از الکترودها الکترون می­گیرد و دیگری الکترون از دست خواهدداد.

در نتیجه، یکی از فلزات الکترون از دست خواهد داد و فلز دیگر الکترون می­گیرد. این تفاوت غلظت الکترون در دو فلز منجر به ایجاد اختلاف پتانسیل بین دو فلز می­شود. از این اختلاف پتانسیل می­توان به عنوان منبع ولتاژ در هر وسیله برقی استفاده نمود.

یون تنها از طریق جداکننده جریان می­یابد و تمامی حرکات از سمت آند تا کاتد را مسدودمی­کند. از اینرو، فقط از طریق ترمینال­های باتری می­توان جریان گرفت.

حال ببینیم که باتری­‌ها چگونه دسته­‌بندی می­شوند.

 

====================================

انواع مختلف باتری­‌ها

باتری‌ها معمولا در وسایل خانگی و کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار می­گیرند. هر باتری برای انجام یک هدف مشخص طراحی شده و می­تواند مطابق با الزامات مد نظر مورد استفاده قرار گیرد. عمدتا دو دسته باتری به نام سلول­های اولیه و ثانویه وجود دارد. با این حال، باتری­ها به چهار گروه گسترده یعنی سلول اولیه، سلول ثانویه، پیل سوختی و پیل ذخیره­ساز تقسیم می­شوند. در ادامه نکات مورد نیاز درباره انواع مختلف باتری و اصول کار آنها آورده شده است.

•  اولیه
•  ثانویه
•  ذخیره ­ساز
•  سوختی

سلول اولیه (باتری­های غیرقابل شارژ)

باتری­های غیرقابل شارژ به عنوان باتری اولیه یا پیل اولیه  نیز شناخته می­شوند. آن هایی هستند که زمانی که انرژی ذخیره شده در باتری­های اولیه به طور کامل مورد استفاده قرار گرفت، نمی­توان دوباره از آنها استفاده نمود. این باتری­ها نمی­توانند انرژی را توسط هر منبع خارجی بازیابی کنند و به همین دلیل است که سلول­های اولیه، باتری­های یکبارمصرف نیز نامیده می­شوند.

عامل اصلی کاهش طول عمر باتری اولیه این است که در حین استفاده دچار قطبیدگی می­شوند. به منظور افزایش عمر باتری به وسیله کاهش اثر قطبیدگی، از قطبیت­زدایی شیمیایی استفاده می­شود یعنی اکسیده کردن هیدروژن با آب با اضافه کردن یک عامل اکسید­کننده به سلول. همانند آن، در سلول روی-کربن و سلول لکلانشه از دی­اکسید منگنز استفاده می­شود و در سلول بونزن[6] و گراو[7]، اسید نیتریک مورد استفاده قرار می­گیرد.

کاربردهای سلول اولیه:

• می­توان از آنها در ساعت و اسباب بازی استفاده نمود.
• از آنها می­توان در لوازم خانگی کوچک استفاده نمود.
• در کامپیوترهای شخصی نیز کاربرد دارند.
• از این باتری­ها در لامپ­ها و اینورترهای اضطراری قابل حمل استفاده می­شود.

باتری­های غیرقابل شارژ دارای انواع زیادی هستند که در زیر داده شده‌­اند:

• باتری کربن – روی (آکا، کار سنگین)
• آلکالین
•  لیتیمی
•  اکسید نقره
• روی – هوا

1. باتری کربن – روی (آکا، کار سنگین)

باتری‌های کربن روی اولین باتری خشک تجاری هستند که توان بسیار کمی دارند و به عنوان سلول خشک نیز شناخته می­شوند. یک میله کربنی در باتری قرار داده می­شود که جریان را از الکترود دی اکسید منگنز جمع آوری می­کند. این دستگاه می­تواند یک منبع1.5 ولت DC تولید کند. این نوع از باتری­ها در چراغ­قوه­ها، رادیوها، ریموت کنترل­ها و ساعت­های دیواری مورد استفاده قرار می­گیرند.

2. آلکالین

آلکالین نیز یک سلول خشک است که از آند روی و کاتد دی اکسید منگنز تشکیل شده است. باتری آلکالین پر از فولاد است و بیرونی ترین بخش داخلی آن از دی­اکسید منگنز پر شده است. از الکترولیت هیدروکسید پتاسیم و روی در ناحیه مرکزی بیشتر باتری استفاده شده است. باتری­های آلکالین چگالی بالاتری نسبت به باتری­های دیگر دارند و به طور کلی از آنها در پخش­کننده­های صوتی، رادیو و لامپ های لمسی به کار می­روند.

 

3.  لیتیمی

باتری­های لیتیمی یونی به شکل سکه یا دکمه طراحی می شوند و ولتاژ بالاتری (3 ولت) نسبت به باتری­های روی، آلکالین و منگنز تولید می­کنند. باتری لیتیمی کوچکتر و سبکتر هستند و مقاومت داخلی آن­ها نیز بالاست و همچنین غیرقابل شارژ هستند. معروفترین باتری سکه­ای در لوازم الکترونیکی کاربرد دارند CR2023 می­باشد که خروجی 3 ولت را تامین می­کند. باتری‌های لیتیمی دارای طول عمر بیشتری هستند (حدود 10 سال).

4.  اکسید نقره

 اکسید نقره باتری­هایی با توان پایین و ظرفیت بالا هستند که در ظاهر مشابه سلول­های جیوه­ای هستند و مقدار emf بالاتری و تا 1.5 ولت را تامین می­کنند. کاتد این نوع باتری­ها از اکسید نقره ساخته شده و الکترولیت موجود در سلول پتاسیم یا سدیم هیدروکسید تشکیل شده است. از آنجا که نقره گران است، این باتری دارای کاربردهای محدودی است.

 

====================================

ویژگی­‌های بارز سلول­‌های ‌اکسید نقره عبارتند از:

• آب بندی منحصر به فرد ساختار باتری باعث می­شود باتری به شدت خاصیت ضد نشتی داشته باشد.
• ولتاژ خروجی ثابت باتری آن را برای دشارژ پایدار مفید می­نماید.
• استفاده از آنتی اکسیدان­ها به چگالی بالای انرژی باتری کمک می­کند.

کاربردهای سلول اکسید نقره عبارتند از:

• دستگاه­‌های مبتنی بر IOT
• ساعت­های الکتریکی
• ابزار دقیق
• تجهیزات پزشکی

5.  روی – هوا

باتری روی – هوا درست 5 دقیقه پس از آب­بندی به ولتاژ کامل کاری خود می­رسد. این نوع باتری­ها در واقع از نوع سلول­های اولیه اما با طراحی قابل شارژ هستند. اکسیژن موجود در هوا به عنوان جرم فعال باتری عمل می­کند. کاتد یک بدنه متخلخل است که از کربن با دسترسی به هوا تشکیل شده طوریکه ولتاژ خروجی این سلول، ۱.۶۵ ولت است. در حالت (دشارژ) تخلیه، توده­ای از ذرات روی، یک آند متخلخل اشباع شده با الکترولیت را شکل می­دهند. اکسیژن موجود در هوا با یون هیدروکسیل واکنش می­دهد و منجر به تشکیل زینکات[8] می­گردد. این زینکات، اکسید روی را بدست می­دهد و آب به الکترولیت بر می­گردد.

پست مربوطه: اتصال موازی باتری­ها با پنل خورشیدی

سلول ثانویه (باتری­های قابل شارژ)

باتری­های قابل شارژ که سلول ثانویه نیز نامیده می­شوند را می­توان قبل از تعویض، بارها و بارها شارژ نمود و از آن استفاده کرد. هزینه اولیه باتری­های قابل شارژ عمدتا بیشتر از باتری­های یکبار مصرف است اما هزینه کلی نگهداری و اثرات زیست محیطی این باتری­ها کمتر است زیرا می­توان این نوع باتری­ها را چندین بار و به روشی ارزان شارژ مجدد نمود.

کاربرد سلول­های ثانویه

• گروه­های تناسب اندام، ساعت­های هوشمند
• تجهیزات نظامی و زیردریایی­ها
• دوربین­ها و دستگاه­های تنظیم ضربان مصنوعی

سلول­های ثانویه یا باتری­های قابل شارژ به سه نوع تقسیم می­شوند:

• سربی – اسیدی
• یون لیتیم (Li-ion)
• نیکل هیدرید فلز (Ni-MH)
• نیکل کادمیم (Ni-Cd)

1. سربی – اسیدی

باتری سربی اسیدی یک نوع بسیار رایج از باتری­های قابل شارژ است که عموما برای ذخیره انرژی خورشیدی مورد استفاده قرار می­گیرند زیرا کیفیت آنها از بقیه متفاوت است.

این باتریها جریان بسیار بالایی تولید می­کنند و در وسایل نقلیه مورد استفاده قرار می­گیرند.

زمانی که این نوع باتری از کار می­افتد، می تواند برای بازیافت بکار رود.

حدود ۹۳ %  باتری­های سربی به منظور بازیافت مورد استفاده قرار می­گیرند تا باتری­های اسیدی جدید تولید گردند.

 

2. یون لیتیم

باتری­های یون لیتیم باتری­هایی قابل شارژ هستند که به عنوان باتری Li-ion نیز شناخته می­شوند.

این باتری­ها معمولا در الکترونیک به کار می­روند و دارای چگالی توان بالا هستند.

باتری­ها می­توانند ۱۵۰ وات ساعت بر کیلو گرم انرژی را ذخیره نمایند.

در حین دشارژ یون لیتیم از الکترود منفی به سمت الکترود مثبت و بر عکس حرکت می­کند.

گرمای بیش از حد می­تواند باعث صدمه دیدن و یا آتش گرفتن این باتری­ها گردد.

3. باتری نیکل هیدرید فلز (Ni-MH)

باتری­های نیکل هیدرید فلز، باتری­هایی قابل شارژ هستند که فلز آنها در واقع بین فلزی است. این نوع باتری­ها دارای طول عمر و قابلیت حمل جریان بالا هستند که قادرند ۱۰۰ وات ساعت در هر کیلوگرم انرژی را ذخیره کنند. این نوع باتری­ها از لحاظ حرارتی در مقایسه با باتری­های یون لیتیمی پایداری بیشتری دارند و تخلیه خودی آنها نیز بیشتر از باتری­های دیگر است.

====================================

نیکل کادمیم (Ni-Cd)

در باتری­های قابل شارژ نیکل کادمیم، از اکسید نیکل و کادمیم فلزی به عنوان الکترود استفاده می­شود. این باتری­ها همچنین به باتری NiCd یا باتری NiCad شناخته می­شوند. باتری­های NiCd زمنیکه د ر حال اتفاده نیستند، برای حفظ ولتاژ و نگه داشتن بار الکتریکی مناسب عمل می­کنند. عیب اصلی باتری Ni – Cd که ممکن است باعث کاهش ظرفیت باتری شود، این است که اگر باتری تا حدی دشارژ شود، ممکن است دچار “اثر حافظه “(یعنی تغییر در صفحه کادمیم یا منفی و درگیری بارها در تبدیل CD(OH) به فلز Cd ) و افت ولتاژ شود.

باتری­های نیکل کادمیم در تحویل ظرفیت مجاز در نرخ دشارژ کامل، مناسب عمل می­کنند و در دماهای پایین، دارای سیکل کاری قابل قبولی می­باشند.

تفاوت بین سلول­های اولیه و ثانویه:

مشخصات:

سلول­های اولیه دارای مقاومت داخلی و ظرفیت زیاد  و همچنین از لحاظ طرح، کوچکتر هستند. در حالیکه سلول­های ثانویه مقاومت داخلی پایینی دارند، واکنش های شیمیایی در آنها  برگشت­پذیر است و از لحاظ طراحی نیز پیچیده هستند.

طراحی:

سلول­های اولیه معمولا جز سلول­های خشک هستند بدان معنا که فاقد مایع هستند و پر از خمیری هستند که امکان حرکت یون­ها در باتری را فراهم می­کند. به همین دلیل سلول­های اولیه در برابر نشتی و ریختگی مقاوم هستند. اما سلول­های ثانویه یا از مایع و یا نمک مذاب تشکیل شده­اند.

به منظور ارائه مقایسه­ای بهتر، خلاصه­ای از تفاوت­های موجود بین سلول­های اویه و ثانویه و مزایا و معایب آنها در جدول زیر آورده شده است:

بعد از مطالعه جدول فوق، امید است که بتوان به مزایا و معایب باتری­های اولیه و ثانویه پی برد.

سلول ذخیره ­ساز

باتری و یا سلول ذخیره­ساز به عنوان باتری استندبای[9] نیز شناخته می شوند. الکترولیت در حالت جامد غیر فعال باقی می­ماند تا به نقطه ذوب برسد. به محض رسیدن به نقطه ذوب، رسانش یونی آغاز و باتری فعال می­شود.

سلول­های ذخیره ­ساز به سه دسته تقسیم می­شوند:

• باتری فعال شوند با آب
•  فعال شونده با گرما
• باتری­های فعال شونده با الکتر.ولیت
• باتری­های فعال شونده با گاز

کاربرد سلول­های ذخیره­ساز

• در دستگاه­های تشخیص زمان و فشار مورد استفاده قرار می­گیرند.
• قطور گسترده در سیستم­های تسلیحاتی بکار می­روند.
• همچنین در باتری اتومبیل و دیگر وسایل نقلیه نیز مورد استفاده قرارمی­گیرند.

سلول سوختی

در این دسته از باتری­ها، مواد فعال از خارج از منبع تغذیه‌می­شوند. سلول­‌های سوختی قادر به تولید انرژی الکتریکی تا زمانی هستند که مواد فعال به الکترودها داده‌شوند. لایه تبادل پروتونی از گاز هیدروژن و اکسیژن به عنوان سوخت استفاده می­کند و واکنش در داخل سلول رخ می دهد و به عنوان محصول واکنش آب ، برق و گرما تولید می شود. چهار عنصر اصلی پیل سوختی عبارتند از آند، کاتد، الکترولیت و کاتالیزور.

مزایای تکنولوژی مورد استفاده در سلول­های سوختی

• فرآیند تبدیل مستقیم انرژی پتانسیل شیمیایی به انرژی الکتریکی از “گلوگاه حرارتی” اجتناب‌می­کند.
• بدلیل وجود بخش­های غیرمتحرک، دارای قابلیت اطمینان بالاتری است.
• بدلیل تولید هیدروژن به روش دوستدار محیط زیست، در مقایسه با انواع دیگر دارای ضرر کمتری برای محیط زیست‌است.

کابرد پیل سوختی

• در خودروها، اتوبوس­ها و دیگر وسایل نقلیه موتوری مورد استفاده‌قرارمی­گیرد.
• اغلب از آن در صورت قطعی به عنوان پشتیبان تولید برق استفاده‌می­شود.

مزایای باتری نسبت به دیگر منابع توان

• ظرفیت ویژه انرژی: ظرفیت ذخیره­سازی انرژی باتری در مقایسه با سوخت فسیلی خیلی کمتراست. با این حال، باتری­ها در مقایسه با موتور گرمایی، ظرفیت انتقال موثر انرژی را داراهستند.
• پهنای باند توان: باتری­ها به دلیل پهنای باند بالا قادر به کنترل بارهای کوچک و بزرگ‌هستند.
• پاسخگویی: باتری‌ها قادرند با یک اخطار کوتاه، نسبت به تحویل توان اقدام نمایند. بدان معنی که در موتورهای احتراق، گرم کردن مورد نیازنیست.
• محیط زیست: استفاده از باتری­ها آسان است و در حال کار تقریبا خنک باقی می­ماند. بیشتر باتری­ها بر خلاف سایر موتورهای سوختی، نویز ایجادنمی­کنند.
• نصب: امروزه، باتری­های درزگیری شده را می­توان تقریبا در هر موقعیتی مورد استفاده قرار داد زیرا دارای شوک و تلورانس خوبی هستند.

اشکالات باتری:

• زمان شارژ: هنگامی که باتری اولیه تخلیه می شود، ساعت ها طول می­کشد تا دوباره شارژ مجدد شود. که بر خلاف سوخت­هاست که چند دقیقه طول می­کشد.
• هزینه بهره­برداری: قیمت و وزن باتری‌های بزرگ، استفاده مطمئن از آنها را در وسایل نقلیه بزرگ غیرعملی می­کند.
• ظرفیت ذخیره­سازی انرژی: در مقایسه با سوخت­های فسیلی، ظرفیت ذخیره انرژی باتری­ها پایین است.

انتحاب درست باتری بر اساس کاربرد

انتخاب باتری مناسب برای کاربرد مورد نظر خود  بسیار مهم است تا بدین وسیله از آسیب رساندن به دستگاه اجتناب گردد. در زیر برخی از این ملاحظات که باید در هنگام انتخاب باتری مناسب متناسب با درخواست خود در نظر گرفته شوند، آمده­ است.

اولیه یا ثانویه: این مورد، یکی از مهم­ترین عوامل در انتخاب نوع باتری مناسب برای دستگاه شماست. شما می­­توانید از باتری اولیه برای کاربردهای موقتی و یا تجهزات یک بار مصرف مثل اسباب بازی استفاده کنید. با این حال، اگر از دستگاهی بمدت طولانی استفاده می­شود، باتری‌های قابل شارژ مجدد مناسب­تر هستند.

محدوده دمایی: انتخاب یک باتری متناسب با دما به کاهش خطر هدر رفت حرارتی کمک‌می­کند. باتری­های یون لیتیمی را می­توان در یک محدوده دمایی محدود و از ۲۰ تا ۴۵ درجه سانتیگراد مورد استفاده قرارداد. در اثر شارژ بیش از حد باتری، انفجار آنها دور از انتظار نیست و ممکن است در اثر شارژ در دمای بالا اتصال کوتاه رخ دهد که در نهایت به دستگاه آسیب‌می‌رساند.

انواع مختلف پیل و باتری

دوام: دوام باتری عمدتا به دو عامل یعنی تعداد شارژ و طول عمر باتری بستگی دارد. علاوه بر این، عوامل فیزیکی باتری نیز در عمر طولانی باتری نقش‌دارند.

چگالی انرژی: مقدار کل انرژی ذخیره شده در باتری بر واحد، چگالی انرژی نامیده می­شود و به صورت پایداری باتری یعنی اینکه تا زمان شارژ بعدی چقدر کار می­کند، تعریف می­شود.

ایمنی: باتری انتخابی باید مطابق با دمای کاری آن باشد. گاهی اوقات، دمای باتری بیشتر می­شود و ممکن‌است به اجزای دستگاه آسیب‌برساند. هم چنین، اگر دمای دستگاه بیش از حد گردد، عملکرد آن کاهش می­یابد. عوامل دیگر عبارتند از:

• شیمی سلول
• حمل و نقل
• شکل فیزیکی و اندازه
• هزینه
• قابلیت اطمینان

 

====================================

باتری خودروهای برقی (EV)

باتری خودروهای برقی به منظور تامین برق در طول یک دوره زمانی پایدار طراحی شده‌­اند. عواملی که باعث تمایز این باتری­ها از دیگر باتری­‌ها می­گردد، اشتعال و صاعقه‌است. باتری خودروهای برقی به دلیل قابلیت اطمینان و طبیعت دوست­دارانه با محیط زیست، در حال افزایش سهم خود در بازار هستند.

رایج­ترین باتری­ها در خودروهای مدرن، یون لیتیم و باتری لیتیوم پلیمری هستند. سلول­ها به شکل مدول نصب شده‌اند. به عبارت دیگر، یک نوع باتری برای ساخت یک بسته نصب شده‌است. اجازه‌دهید به عنوان یک مثال، خودروی برقی BMW را در نظربگیریم که در آن مجموعا ۹۶ سلول نصب‌شده‌است. تعدادی سلول­ در یک قاب قرار گرفته که از باتری­ها در برابر گرما و ارتعاشات خارجی محافظت‌می­کند. ترکیب چند سلول، مدول نامیده‌می­شود. تعدادی از این مدول­ها، یک بسته خنک­‌کننده و سیستم مدیریت باتری برای تشکیل یک بسته با هم ترکیب‌می­شوند.

دو نوع اصلی از باتری­های یون لیتیمی در خودروهای برقی مورد استفاده قرار می­گیرند که عباتنداز:

• متا اکسید
• فسفات

در کاربردهای خودروسازی مانند وسایل نقلیه، باتری­های یون لیتیمی از نظر خطرات شیمیایی ایمن­‌تر هستند.

ساختمان باتری‌­های EV

در حال حاضر، خودروهای برقی با باتری­های لیتیمی کارمی­کنند. ولتاژ نرمال یک سلول لیتیوم 3.7 ولت است، اما یک خودروی برقی به ولتاژ ۳۰۰ ولت نیازدارد. برای دستیابی به این مقدار از ولتاژ و جریان، سلول­ها به صورت سری و موازی با هم ترکیب‌می­شوند. ترکیب این سلول­های لیتیمی، مدول نامیده‌می­شود. این مدول­ها با سیستم مدیریت باتری (BMS) برای حفاظت از آنها تامین‌می­شوند. در زیر تصویر باتری ” نیسان لیف” نشان‌داده‌شده که ترکیب سلول­‌های لیتیمی ایجادشده جهت تامین ولتاژ مورد نیاز را نشان‌می‌دهد.

دستورالعمل­‌های مهم در استفاده از باتری خودرهای برقی

• اجازه ندهید باتری به ولتاز کمتر از ولتاژ قطع برسد که این پدیده دشارژ بیش از حد نامیده‌می­شود.
• تنها زمانیکه مقدار مجاز جریان پایین باشد می­توان به ماکسیمم راندمان دست‌یافت.
• باتری EV بر حسب کیلووات ساعت درجه­‌بندی‌می­شوند که بیانگر مدت کار باتری خودرو است.
• همواره یک نرخ تخلیه (دشارژ) خودی در مورد باتری­ها وجوددارد.
• سیستم مدیریت باتری (BMS) به شما در یافتن مقدار شارژ باقیمانده باتری کمک‌می­کند.

====================================

[1] Daniel

[2] John Dancer

[3] Gaston Plante

[4] Leclanche battery

[5] Carl Gessner

[6] Bunsen cell

[7] Grove cell

[8] Zincate

[9] Stand by

مقالات مرتبط:

تفاوت بین یک باتری و یک خازن

تفاوت های بین خازن ها و ابرخازن ها

انواع مختلف پنل‌های خورشیدی و بهترین نوع آن

باطری دیزل ژنراتور

لینک زبان اصلی مقاله :

Types of Batteries and Cells and Their Applications