ما هي أنواع البطاريات القابلة للشحن، يرغب أصحاب المشاريع الجديدة في المجال الهندسي التعرف إلى عوامل النجاح التي يمكن الإعتماد عليها لضمان مشاريعهم الخاصة، من خلال شراء كل المعدات التي تلزمهم بشكل جيد، لضمان الإستمرارية في تحقيق النجاح، وذلك من خلال شراء النوع الأفضل والأنسب لهم والأكثر إفادة للمشروع، من البطاريات المميزة، وبذلك سنركز الحديث خلال المقال على معرفة ما هي أنواع البطاريات القابلة للشحن.
أهم أنواع البطاريات القابلة لإعادة الشحن
تعد البطاريات الثانوية أو البطاريات القابلة لإعادة الشحن من الأساسيات التي يتم من خلالها تشغيل العديد من الأجهزة، ولا تقتصر على نوع واحد، ولكن هناك مجموعة من أنواع البطاريات القابلة لإعادة الشحن، وهي
1- بطاريات الليثيوم أيون
تعد بطارية الليثيوم أيون واحدة من أكثر أنواع البطاريات القابلة لإعادة الشحن شيوعًا على الإطلاق، وهي شائعة ومنتشرة لأنها توجد بشكل أساسي في أنواع مختلفة من الأجهزة المحمولة.
وتشمل الأجهزة الذكية والهواتف المحمولة، إلى جانب العديد من التطبيقات الأخرى للمنزل، كما أنها تستخدم في بعض التطبيقات العسكرية أو الجوية لخفة وزنها.
آلية البطارية
لمواصلة الحديث عن بطارية الليثيوم أيون ضمن أنواع البطاريات القابلة لإعادة الشحن، يجب أن نشرح آلية عمل البطارية. في تلك البطارية، تترك أيونات الليثيوم الإلكترون السالب للإلكترون الموجب في وقت التفريغ، ثم تعود إلى مكانها في الإلكترون السالب بعد شحن البطارية.
تستخدم هذه البطارية مركب الليثيوم المقحم، والذي يحتوي على إلكترون واحد فقط مقارنة بالليثيوم المعدني المستخدم في بطاريات الليثيوم غير القابلة لإعادة الشحن.
ميزات بطارية الليثيوم أيون
حيث أن بطارية الليثيوم أيون من أجود أنواع البطاريات القابلة لإعادة الشحن يجب أن نكون متميزين في تقديم جميع المزايا المتوفرة فيها والتي تتلخص في الآتي
- كفاءة التفريغ والشحن 80-90٪.
- انخفاض التفريغ الذاتي.
- كثافة طاقة عالية ولا أثر للذاكرة.
- الجهد الاسمي لخلية NMC هو 3.6 / 3.85V.
- يختلف التركيب الكيميائي وفقًا لطبيعة الأداء التي تم تصنيعها من أجلها.
- كثافة الطاقة 250 693 واط / لتر
- لا يقتصر على سعر واحد ولكنه يختلف حسب الغرض من استخدامه.
- معدل التفريغ الذاتي 3-2.9٪ / شهر عند 20 درجة مئوية.
- تحتوي بطاريات الليثيوم أيون للأجهزة الإلكترونية المحمولة على أكسيد الكوبالت الليثيوم.
- القدرة النوعية 250 340 واط / كجم.
- تحتوي بطاريات الليثيوم أيون ذات الجهد المنخفض على فوسفات حديد الليثيوم.
- دورة الحياة من 400 1200 دورة.
- توفير طاقة عالية ومنخفضة وفقًا لاحتياجات المستخدم، مع الحفاظ على أداء قوي وأقصى درجات الأمان.
- قوة محددة 100 265W-h / kg.
2- بطاريات هيدريد نيكل ومعدن NI-MH
وهي من أنواع البطاريات القابلة لإعادة الشحن ولكنها من نوع مختلف قليلاً عن النوع السابق من حيث الشكل الكيميائي حيث نجد التفاعل الكيميائي فيها بأخذ التفاعل الكيميائي للإلكترون الموجب للبطاريات بالقرب من التفاعل الكيميائي الموجود في خلية النيكل والكادميوم.
مع أنواع بطاريات النيكل-هيدروكسيد، فإنها تعتمد على الإلكترونات السالبة في هيدريد معدن النيكل، وهي مجموعة مخلوطة، لامتصاص عنصر الهيدروجين بدلاً من الكادميوم المستخدم في بطاريات NICD.
توجد بطاريات هيدريد معدن النيكل في تلك الأجهزة التي تستهلك كميات كبيرة من الطاقة، والسبب في ذلك هو زيادة سعتها وكثافة طاقتها، وهذه البطارية لها سعة ضعفين أو ثلاثة أضعاف قدرة بطارية NICDK التي تستهلك تقريبًا بنفس الحجم والنهج لبطارية ليثيوم أيون من حيث كثافة الطاقة.
على عكس التركيب الكيميائي لبطارية NICD، تتمتع هذه البطارية بتركيب كيميائي كامل لـ NIMH، مما يجعلها لا تتأثر بالذاكرة، كما هو الحال في بطاريات النيكل المعدنية. أبرز سمات وخصائص بطارية هيدريد معدن النيكل هي
- معدل التفريغ الذاتي الشهري 3-2.9٪ / عند 20 درجة مئوية.
- الطاقة النوعية هي 60-120 ساعة / كجم.
- السعة النوعية 66٪ – 92٪.
- عمر البطارية أو دورة 180 – 2000.
- كثافة الطاقة 140-300 واط / لتر.
- كفاءة شحن وتفريغ البطارية 70-90٪.
3- بطاريات الرصاص الحمضية
تُصنف هذه البطارية ضمن أنواع البطاريات القابلة لإعادة الشحن ذات الكفاءة العالية نسبيًا والتكلفة المنخفضة، وتتميز باستخدامها في التطبيقات عالية الاستهلاك وغالبًا ما تكون بكميات كبيرة، ولزيادة وزنها يتم استخدامها في تركيب غير- التطبيقات المحمولة مثل مخازن الطاقة للألواح الشمسية أو بطاريات السيارات أو تشغيل الأضواء القوية.
بالإضافة إلى استخدامها في التغذية الاحتياطية وتسوية الحمل في المولدات أو موزعات الطاقة، فإن هذا النوع من البطاريات القابلة لإعادة الشحن هي واحدة من أقدم البطاريات على الإطلاق وهي مهمة جدًا ولا تزال قيد الاستخدام حتى الآن، ولها نسبة أو درجة منخفضة من الطاقة بالنسبة لوزنها.
ومع ذلك، فهي تتميز بدرجة عالية نسبيًا من الطاقة مقارنةً بوزنها، وبالتالي يمكنها توفير تيارات دافعة قوية وعالية إلى حد كبير، ولكن عند الحاجة، وهي الأكثر ملاءمة للاستخدام في تطبيقات التيار العالي المتعدد مثل تغذية حركة المحركات ذاتية الدفع، بالإضافة إلى التخزين في مولدات الطاقة الاحتياطية.
4- بطاريات نيكل – كادميوم (Ni-cd)
تعتبر بطارية النيكل والكادميوم (Ni-cd) من أنواع البطاريات القابلة لإعادة الشحن، وقد تم تطويرها باستخدام هيدروكسيد النيكل مع معدن الكادميوم كأقطاب كهربائية، وتتميز بقدرتها على الحفاظ على الجهد وكذلك الحفاظ على الشحن الكامل في حالة عدم الاستخدام.
ومع ذلك، فإن السلبية الوحيدة من هذا النوع هي أنه يقع تحت التأثير السلبي للذاكرة غير المرغوب فيها إذا كانت البطارية مشحونة جزئيًا، مما يؤدي في النهاية إلى تقليل السعة المستقبلية للبطارية.
بمقارنة بطارية NiCd بأنواع أخرى من الخلايا القابلة لإعادة الشحن، توفر البطارية وقت عمل قياسي وأداء جيد للغاية وجهد جهد في درجات حرارة منخفضة مع توفير سعة كبيرة.
الميزة الرئيسية لهذا النوع من البطاريات القابلة لإعادة الشحن هي أنها توفر سعة كبيرة جدًا بمعدلات تفريغ عالية، وهي متوفرة بأكثر من حجم وتشمل جميعها الأحجام المستخدمة في البطاريات القلوية وبطاريات AAA مع خلايا NICD.
يمكن استخدام هذه المركبات منفردة أو في مجموعات من خليتين أو أكثر. تُستخدم العبوات الصغيرة في الأجهزة المحمولة الخفيفة مثل الألعاب والإلكترونيات، ولكن توجد بطاريات أكبر في مولدات الطاقة الاحتياطية والمركبات الكهربائية.
تتميز بطاريات النيكل والكادميوم (Ni-cd) بعدد من الخصائص، بما في ذلك
- كفاءة الشحن والتفريغ 70-90٪.
- قوة محددة 40-60W-h / كجم.
- معدل التفريغ الذاتي الشهري 10٪ / شهر.
- كثافة الطاقة 50-150 واط / لتر.
- دورة حياة البطارية 2000 دراجة.
- القوة المحددة هي 150 واط / كجم.
معلومات عن البطارية القابلة لإعادة الشحن
تعني البطارية القابلة لإعادة الشحن أو البطارية الثانوية تلك البطاريات التي تحتوي على خلايا كهروكيميائية في تركيبها، وتطبق جهدًا معينًا على البطارية، ولكنها في اتجاه عكسي، ويمكن إعادة شحنها مرة أخرى بعد تفريغها.
يتم الاعتماد عليها بشكل كامل وأساسي لتشغيل التطبيقات التي تستهلك طاقة عالية وغالبًا ما تكون باهظة الثمن ومكلفة، ولكن هناك نمط آخر منها ذو سعة منخفضة أو أقل ومناسب للأجهزة التي تستهلك طاقة أقل مثل الأجهزة الإلكترونية أو المحمول الهواتف.
هناك أيضًا نوع أكثر أهمية من هذه البطاريات القابلة لإعادة الشحن، وهي بطاريات عالية الأداء تستخدم غالبًا في تشغيل الأجهزة الإلكترونية الكبيرة مثل ثلاثة أو غسالة ملابس وتطبيقات تسوية الحمل، وهذه البطاريات أكثر اقتصادا من البطاريات الأساسية على الرغم من ارتفاعها استرجاع.
أهم معايير اختيار نوع البطارية
هناك مجموعة من المعايير التي يجب على المستخدم مراعاتها قبل أن يحدد أنواع البطاريات القابلة لإعادة الشحن التي يريد استخدامها، واختيار البطارية بناءً على تلك المعايير التي تتلخص في
1- السعر والتكلفة
تعتبر مسألة التكلفة والسعر مهمة جدًا عند اتخاذ قرار هندسي. من المهم جدًا أن يكون اختيار النوع المناسب للبطارية متناسبًا تمامًا مع إمكانياتها وأدائها، بحيث لا تتجاوز تكاليف المشروع النسبة العادية.
2- درجة الأمان
تهدف درجة الأمان هنا إلى الاهتمام بدرجة الحرارة التي سيعمل عندها الجهاز، حيث تتعرض بعض مكونات البطارية للانهيار تحت درجة حرارة عالية، وقد تخضع أيضًا لبعض التفاعلات الطاردة للحرارة، مما يؤدي إلى خفض درجة الحرارة المرتفعة في عام ويضعف حالة البطارية.
3- عمر البطارية
يجب أن تكون كثافة الطاقة وكذلك كثافة الطاقة في حالة من الاستقرار والتوازن، لأن هذا يحافظ على عمر البطارية أطول.
4- كثافة الطاقة
يتم قياس معدل تفريغ الطاقة بوحدات الكتلة أو الحجم. على سبيل المثال، نجد أن الأجهزة ذات الطاقة المنخفضة هي أجهزة iPod والهواتف المحمولة، ويتم تمثيل الأجهزة ذات الطاقة العالية في أدوات الطاقة الكبيرة.
5- كثافة الطاقة
يعني إجمالي كمية الطاقة المخزنة المقاسة بوحدات الحجم أو الكتلة، وهذا هو المحدد الرئيسي لطول أو كم سيبقى الهاتف حتى يعمل الهاتف المحمول قبل أن يحتاج إلى إعادة الشحن مرة أخرى.
إن معرفة كل شيء عن أنواع البطاريات القابلة لإعادة الشحن أمر مفروغ منه من حيث الأهمية، حيث يستلزم ذلك وضع ميزانية كاملة للمشاريع الهندسية في مختلف المجالات.