ثبت‌نام
یکشنبه، 9 اردیبهشت 1403
Menu

باتری‌های نیکل کادمیوم و سرب اسید چه تفاوتی دارند؟

باتری‌های سرب‌اسید و نیکل‌کادمیوم از پرکاربردترین انواع باتری‌ها در صنعت یوپی‌اس می‌باشند.
1- تاریخچه
باتری سرب اسید (Lead Acid): در سال 1859 برای اولین بار توسط یک فیزیکدان فرانسوی به نام Gaston Planté به عنوان اولین باتری با قابلیت شارژ مجدد بصورت تجاری به بازار عرضه شد.
باتری نیکل کادمیوم (Nickel Cadmium): در سال 1899 توسط یک مخترع سوئدی به نام Waldemar Jungner ابداع گردید. تا اوایل دهه 1960 تمایل چندانی به استفاده از این باتری‌ها در صنایع وجود نداشت ولی پس از آن و با افزایش چشمگیر مصارف الکتریکی به ویژه در آمریکا و ژاپن طرفدار پیدا کرد. 2- مواد سازنده باتری
باتری سرب اسید (Lead Acid): آند یا قطب مثبت از اکسید سرب (PbO2) و قطب منفی یا کاتد از سرب (Pb) تشکیل شده و الکترولیت آن محلول اسید سولفوریک (H2SO4) و آب (H2O) می‌باشد. اسید سولفوریک خالص عموماً بین 25 تا 40 درصد از کل محلول را تشکیل می‌دهد.
باتری نیکل کادمیوم (Nickel Cadmium): هیدرات نیکل (NiOOH) بخش عمده قطب مثبت را تشکیل می‌دهد در حالی که کادمیوم اسفنجی (Cd) عنصر غالب در مواد تشکیل‌دهنده قطب منفی است. محلول هیدروکسید پتاسیم (KOH) در آب نیز نقش الکترولیت باتری را دارد. غلظت هیدروکسید پتاسیم عموماً بین 20 تا 35 درصد از کل محلول الکترولیت است. 3- قیمت
باتری‌های نیکل کادمیوم حدوداً بین 2 تا 4 برابر گرانتر از نمونه مشابه خود از نوع سرب اسید هستند. البته بسته به کیفیت و 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 تأمین نیرو از باتری‌های نیکل کادمیومی بسیار بالاتر تمام خواهد شد. پس چرا همچنان طیفی از مصرف‌کنندگان سراغ باتری‌های نیکل می‌روند؟ ادامه مطلب پاسخ این سؤال را خواهد داد. 4- طول عمر
یک قانون کلی در ارتباط با طول عمر اکثر انواع باتری‌ها وجود دارد و آن اینکه با افزایش تعداد دشارژ باتری طول عمر آن کم خواهد شد. اما هر دو باتری نیکل و سربی به عمق دشارژ نیز حساس هستند. به این معنی که اگر فرضاً باتری بطور متوسط 30 درصد دشارژ شود طول عمر آن بسیار بیشتر از حالتی است که بطور متوسط تا 80 درصد دشارژ می‌گردد. گرچه باتری‌های نیکل کادمیوم بسیار گرانتر از باتری‌های سرب اسیدی هستند اما تعداد سیکل‌هایی که می‌توان آنها را دشارژ کرد بسیار بیشتر از باتری‌های سربی است. 5- حساسیت به دما
باتری‌های سرب اسیدی بیشتر برای عملکرد در محیط 10 تا 35 درجه سانتیگراد پیشنهاد می‌شوند، زیرا نسبت به تغییرات دما حساسیت زیادی از خود نشان می‌دهند. ظرفیت ظاهری باتری‌های سرب اسیدی نسبت به کاهش دما سریعاً افت می‌کند و از طرفی دیگر نیز با افزایش دما عمر متوسط آنها به شدت کاهش می‌یابد (با افزایش هر 10 درجه، طول عمر مفید باتری‌های سرب اسیدی نصف می‌شود!). اما باتری‌های نیکل کادمیوم نسبت به تغییر دما حساسیت کمتری از خود نشان می‌دهند. به ویژه در مواردی که باتری می‌بایست در دماهای پائین مورد استفاده قرار گیرد بهترین گزینه استفاده از باتری‌های نیکل است. بازه دمایی مناسب برای عملکرد باتری نیکل کادمیوم چیزی بین -20 تا 60 درجه سانتیگراد است. البته طول عمر متوسط آن نیز با افزایش دما کاهش می‌یابد. اشاره به این تفاوت نیز ضروریست که گرچه دشارژ داخلی در باتری‌های نیکل چندین برابر باتری‌های سربی است، اما باتری‌های نیکل را می‌توان حتی بطور دشارژ کامل نیز انبارش نمود، اما باتری‌های سرب اسیدی را نمی‌بایست با سطح شارژ پائین نگهداری کرد. زیرا در این صورت باتری سولفاته شده و طول عمر مفید آن به شدت کاهش می‌یابد. 7- نحوه افت ولتاژ در هنگام دشارژ
ولتاژ باتری‌های نیکل کادمیوم تقریباً تا لحظات آخر افت چندانی ندارد و می‌توان با تقریب، آن را ثابت فرض کرد. اما ولتاژ نهایی باتری‌های سرب اسیدی در هنگام دشارژ، به تدریج کاهش می‌یابد. 8- آلایندگی محیط زیست
در ساختار هر دو نوع باتری از فلزات سنگین (سرب و کادمیوم) استفاده شده است، که این به معنی دیر ترکیبی این فلزات است. در صورتی که پروسه بازیافت لاشه‌ی باتری‌ها بدرستی انجام نشود هردو به شدت محیط زیست را آلوده می‌نمایند. اما پروسه بازیافت کادمیوم پیچیده‌تر از سرب بوده و در عین حال این فلز شدیداً سرطان‌زا می‌باشد. 9- سایز و وزن و پروسه ساخت
باتری‌های سرب اسیدی روند ساخت ساده‌تری از باتری‌های نیکل کادمیومی دارند. اما در عین حال نسبت انرژی ذخیره شده در باتری به وزن آن، یکی از کمترین مقادیر بین انواع باتری‌هاست (30Wh/kg تا 50). درصورتی که چگالی انرژی به وزن در باتری‌های نیکل کادمیوم چیزی بین 45Wh/kg تا 80 می‌باشد. این بدان معنی است که باتری‌های نیکل کادمیوم، 30 درصد انرژی بیشتری نسبت به باتری‌های سرب اسیدی در یک وزن برابر، در خود ذخیره می‌کنند. پس در مواردی که وزن مجموعه باتری‌ها مهم است استفاده از باتری‌های نیکل کادمیوم توصیه می‌شود. 10- سرعت شارژ
باتری‌های نیکل کادمیوم را می‌توان در زمان‌های کوتاهی همچون 1 ساعت نیز شارژ نمود درصورتی که شارژ سریع باتری‌های سرب اسیدی در زمانی کمتر از 4 ساعت توصیه نمی‌شود و عموماً چیزی در حدود 8 تا 10 ساعت را برای شارژ آنها مناسب می‌دانند. 11- جریان پیک دشارژ
دشارژ باتری‌های سرب اسیدی با جریانی بیشتر از 5 برابر جریان نامی آن توصیه نمی‌شود (فرضاً باتری 9 آمپر ساعت را نباید با جریانی بیش از 45 آمپر دشارژ کرد) اما می‌توان باتری‌های نیکل کادمیوم را حتی با جریان‌های 10 تا 15 برابر جریان نامی خود نیز دشارژ نمود. 12- پدیده‌ی حافظه‌ای (Memory Effect) در باتری‌های نیکل
یکی از مهمترین نقاط ضعف باتری‌های نیکل نسبت به سربی، وجود "پدیده حافظه" در باتری است. اگر باتری را چندین بار فرضاً تا 60 درصد ظرفیتش دشارژ کرده و مجدداً شارژ نماییم. باتری حدود 60 درصد را به "حافظه" سپرده و اگر بار دیگر باتری را بخواهیم بیشتر از 60 درصد دشارژ نماییم این بار ناگهان ولتاژ خروجی باتری افت شدیدی می‌نماید. این پدیده باعث می‌شود که نتوان از ظرفیت باتری به طور مناسب استفاده نمود. به ویژه در کاربردهای یوپی‌اسی که باتری‌ها به حالت آماده به کار بوده و مرتباً شارژ و دشارژ نمی‌شوند این پدیده باعث می‌شود که نتوان از کل ظرفیت نصب شده‌ی باتری‌ها استفاده بهینه نمود. 13- تفاوت ولتاژ نامی سلول‌های باتری
بدلیل ساختار متفاوت شیمیایی دو باتری، ولتاژ نامی سلول‌هایشان نیز متفاوت است. ولتاژ هر سلول در باتری‌های نیکل کادمیم 1.2 ولت و در باتری‌های سرب اسیدی 2 ولت می‌باشد. به همین دلیل برای ساخت یک باتری 12 ولت نیکل کادمیوم، می‌بایست 10 سلول را با هم سری کرد؛ در حالیکه سری کردن 6 سلول باتری سرب اسیدی، همین ولتاژ را تولید خواهد نمود.