انواع باتری‌های شارژی و کاربردهای آنها

انواع باتری‌های شارژی و کاربردهای آنها

• شنبه، 06 اردیبهشت 1404 ساعت 10:09
• 0 نظرات
• مدیر سایت

انواع باتری‌های شارژی و کاربردهای آنها

انواع باتری‌های شارژی و کاربردهای آنها باتری‌های شارژی (Rechargeable Batteries) به عنوان منبع ذخیره‌سازی انرژی قابل استفاده مجدد، نقش مهمی در صنایع الکترونیکی، خودروهای برقی و سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر ایفا می‌کنند. این مقاله به بررسی انواع باتری‌های شارژی، ساختار شیمیایی، مزایا، معایب و کاربردهای رایج آن‌ها می‌پردازد.

۱. مقدمه

باتری‌های شارژی برخلاف باتری‌های یک‌بارمصرف، قابلیت شارژ مجدد را دارند و می‌توانند صدها تا هزاران بار مورد استفاده قرار گیرند. این باتری‌ها در دستگاه‌های قابل حمل، سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی و وسایل نقلیه الکتریکی کاربرد گسترده‌ای دارند.

۲. انواع باتری‌های شارژی

۲.۱. باتری‌های نیکل‌کادمیوم (Ni-Cd)

• ساختار شیمیایی: الکترود مثبت از نیکل اکسید هیدروکسید (NiOOH) و الکترود منفی از کادمیوم (Cd) تشکیل شده است.

• ولتاژ اسمی: ۱٫۲ ولت در هر سلول.

• مزایا:

  • عمر چرخه‌ی بالا (حدود ۱۰۰۰-۱۵۰۰ چرخه شارژ/دشارژ).

  • عملکرد خوب در دمای پایین.

  • مقاومت داخلی کم.

• معایب:

  • اثر حافظه (Memory Effect) که باعث کاهش ظرفیت می‌شود.

  • سمیت کادمیوم و مشکلات زیست‌محیطی.

• کاربردها:

  • ابزارهای الکترونیکی قدیمی (مثل بی‌سیم‌ها و چراغ‌قوه‌ها).

  • سیستم‌های پشتیبان (UPS).

۲.۲. باتری‌های نیکل‌متال هیدرید (Ni-MH)

• ساختار شیمیایی: الکترود مثبت نیکل اکسید هیدروکسید (NiOOH) و الکترود منفی آلیاژ جاذب هیدروژن.

• ولتاژ اسمی: ۱٫۲ ولت در هر سلول.

• مزایا:

  • ظرفیت بالاتر نسبت به Ni-Cd (حدود ۳۰-۴۰٪ بیشتر).

  • اثر حافظه کمتر.

  • سازگاری بهتر با محیط زیست.

• معایب:

  • خوددشارژی (Self-Discharge) بالاتر.

  • حساسیت به شارژ بیش‌ازحد.

• کاربردها:

  • دوربین‌های دیجیتال، اسباب‌بازی‌ها.

  • برخی خودروهای هیبریدی (مثل تویوتا پریوس نسل اول).

۲.۳. باتری‌های لیتیوم‌یونی (Li-ion)

• ساختار شیمیایی: الکترود مثبت اکسید فلز لیتیوم (مانند LiCoO₂) و الکترود منفی گرافیت.

• ولتاژ اسمی: ۳٫۶-۳٫۷ ولت در هر سلول.

• مزایا:

  • چگالی انرژی بالا (ظرفیت ذخیره‌سازی بیشتر).

  • خوددشارژی کم.

  • عدم وجود اثر حافظه.

• معایب:

  • خطر انفجار یا آتش‌سوزی در صورت آسیب‌دیدگی.

  • هزینه تولید بالا.

  • کاهش عمر در دمای بالا.

• کاربردها:

  • گوشی‌های هوشمند، لپ‌تاپ‌ها.

  • خودروهای الکتریکی (تسلا، نیسان لیف).

  • سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی خورشیدی.

۲.۴. باتری‌های لیتیوم‌پلیمر (Li-Po)

• ساختار شیمیایی: مشابه Li-ion اما با الکترولیت پلیمری جامد یا نیمه‌جامد.

• ولتاژ اسمی: ۳٫۷ ولت در هر سلول.

• مزایا:

  • انعطاف‌پذیری در طراحی (سبک و نازک).

  • خطر نشت الکترولیت کمتر.

• معایب:

  • چگالی انرژی کمی کمتر از Li-ion.

  • حساسیت به شارژ نادرست.

• کاربردها:

  • پهپادها، گجت‌های پوشیدنی.

  • برخی لپ‌تاپ‌ها و تلفن‌های همراه.

۲.۵. باتری‌های سرب‌اسید (Lead-Acid)

• ساختار شیمیایی: الکترود مثبت از دی‌اکسید سرب (PbO₂) و الکترود منفی از سرب (Pb) تشکیل شده است.

• ولتاژ اسمی: ۲ ولت در هر سلول (معمولاً ۶V یا ۱۲V در باتری مونتاژشده).

• مزایا:

  • هزینه پایین تولید.

  • قابلیت تحمل جریان‌های بالا.

• معایب:

  • وزن و حجم زیاد.

  • عمر چرخه‌ای محدود (۳۰۰-۵۰۰ چرخه).

  • نیاز به نگهداری (در انواع غیر سیلد).

• کاربردها:

  • خودروهای معمولی (استارت و روشنایی).

  • سیستم‌های انرژی خورشیدی.

  • یوپی‌اس (UPS).

۲.۶. باتری‌های لیتیوم‌آهن‌فسفات (LiFePO₄ یا LFP)

• ساختار شیمیایی: کاتد از LiFePO₄ و آند از گرافیت.

• ولتاژ اسمی: ۳٫۲-۳٫۳ ولت در هر سلول.

• مزایا:

  • ایمنی بسیار بالا (کمترین خطر آتش‌سوزی).

  • عمر طولانی (۲۰۰۰-۵۰۰۰ چرخه).

  • عملکرد خوب در دمای بالا.

• معایب:

  • چگالی انرژی کمتر نسبت به Li-ion معمولی.

  • هزینه اولیه بالاتر.

• کاربردها:

  • خودروهای الکتریکی (باس‌های برقی، تسلا مدل ۳ جدید).

  • ذخیره‌سازی انرژی خورشیدی.

۳. مقایسه کلی باتری‌های شارژی

۴. نتیجه‌گیری

انتخاب باتری شارژی مناسب به عوامل مختلفی مانند هزینه، چگالی انرژی، عمر مفید و ایمنی بستگی دارد. در حال حاضر، باتری‌های Li-ion و LiFePO₄ به دلیل کارایی بالا، بیشترین استفاده را در صنایع مدرن دارند، درحالی که باتری‌های سرب‌اسید و Ni-MH هنوز در برخی کاربردهای خاص مورد استفاده قرار می‌گیرند. با پیشرفت فناوری، انتظار می‌رود نسل جدیدی از باتری‌ها مانند باتری‌های حالت جامد (Solid-State) جایگزین باتری‌های فعلی شوند.

منابع:

• Yoshino, A. (2019). The Birth of the Lithium-Ion Battery.

• Scrosati, B. (2011). Lithium Batteries: Advanced Technologies.

• Battery University (2023). Comparison of Rechargeable Battery Technologies.

• برچسب:
• باتری خورشیدی
• باتری سولار
• باتری سیلد ساکن
• باتری لیتیوم یونی
• باتری اسید سربی
• باتری قلمی لیتیومی