باتریهای قابل شارژ
باتریهای قابل شارژ انواع گوناگونی دارند، باتریهای استاندارد ماشین Lead Acid اولین باتریها بودند که جنبهی تجاری داشتند، اما اکثر باتریهایی را که در دستگاههای امروزی میبینید،Nickel-Cadmium (NiCad) ؛ Nicked-Metal-Hydride (NiMH) یا Lithium-ion(Li-ion) هستند. اگر این سه نوع باتری را بشناسید، با 99 درصد باتریهای قابل شارژی که احتمالاً روزانه استفاده میکنید، آشنایی خواهید داشت.
تمام باتری های قابل شارژ از طریق چگالی انرژی آنها قابل اندازه گیری هستند، یعنی نسبت مقدار انرژی که باتریها در واحد وزن نگه میدارند. باتریهای مختلف، دارای چگالی انرژی مختلف هستند، اما این چگالی میتواند تحت تاثیر پیشرفت های صورت گرفته در ساخت و طراحی قرار بگیرد.
NICKEL-CADMIUM
Nickel-Cadmium یا NiCad جزء اولین باتریهای قابل شارژ بودند که جنبهی تجاری داشتند. 15 سال قبل، این باتری ها در همه جا یافت میشدند.آند، هیدروکسید نیکل و کاتد، کادمیوم فلزی است. طبق استانداردهای امروزی، NiCad ها دارای چگالی انرژی نسبتاً پائینی هستند، شاید 50 وات ساعت در هر کیلوگرم. بهرحال، NiCad ها میتوانند حجم زیادی را دشارژ (تخلیهی الکتریکی) کنند بدون آنکه متحمل هیچگونه آسیب شود و میتوانند به سرعت شارژ شود، بنابراین در برخی از کارهایی که با موتور سر و کار دارند مانند ابزارهای برقی بسیار معروفند.
متاسفانه کادمیوم یک فلزی سنگین سمی است و همین مسئله باتریهای قدیمی NiCad را از نظر ایمنی مسئله دار می سازد. شما نباید به مدت طولانی این باتری ها را کاملاً شارژ نگه دارید. NiCadها دوست ندارند تا زمانیکه کاملاً خالی نشدهاند، مجدداً شارژ شوند و دوست ندارند مدت طولانی در وضعیت کاملاً شارژ بمانند.
ممکن است روی صفحات باتری کریستالهای بزرگ تشکیل شوند و مانع از شارژ کامل باتری گردند. در هر 5 بار شارژ یا بیشتر، باید بگذارید که باتری کاملاً خالی شود و بعد آن را مجدداً شارژ کنید.
NICKEL-METAL HYDRIDE
Nickle-Metal Hydride یا NiMH همانند Nickel-Cadmium هستند. اکثر باتریهای قابل شارژ AA و AAA که امروزه در فروشگاه ها میبینید، NiMH هستند و در وسایل برقی و هیبریدها بسیار کاربرد دارند. چگالی انرژی آنها 30 تا 40 درصد بیشتر از NiCad است، و جایگزین کردن کادمیوم با یک آلیاژ جذب کننده هیدروژن در کاتد، آنها را بیشتر با محیط زیست سازگار کرده است. نیازی نیست که به سرعت شارژ یا دِشارژ شوند، بنابراین ، "شارژ هوشمند" یا "شارژ آهسته" موجب طولانی شدن عمر باتری و طولانی تر شدن مدت شارژ میگردد.
باتریهای NiMH قبل از آنکه توانایی خود را در حفظ شارژ از دست بدهد، به حدود 200 یا 300 بار شارژ محدود
شدهاند، اما پیشرفت هایی که اخیراً در مورد ساخت آن ها صورت گرفته این مسئله را بهبود بخشیده است. حال میتوانید باتری های NiMH را که تا 1000 بار شارژ میشوند، خریداری کنید. پیشرفتهایی نیز در توانایی این باتریها در حفظ شارژ هنگامیکه مورد استفاده نیستند، صورت گرفته است. NiMH همانند NiCad ها ( البته در حد کمتری) باید هر چند وقت یکبار کاملاً شارژ یا دشارژ شوند.
LITHIUM-ION
باتریهای Lithium-ion در اکثر دستگاهها با باتریهای دائمی مثل لپ تاپها یا تلفنهای همراه یافتند میشوند. در این نوع باتریها، الکترود مثبت معمولاً اکسید کبالت لیتیم است و الکترود منفی کربن است. بهرحال، در سالهای اخیر ترکیب دقیق الکترودها تغییر کرده است تا ایمنی و اجرا بهینه سازی گردد.
باتریهای Li-ion سبک هستند و دارای چگالی انرژی بیشتری در مقایسه با NiMH (بیش از 100 وات ساعت در هر کیلوگرم)میباشند. این باتریها در صورت عدم استفاده خالی نمیشوند. البته با گذشت زمان این باتریها ظرفیت خود را در حفظ شارژ از دست میدهند، چه از آنها استفاده بشود و چه نشود.پس باتریهایی را که یک سال از زمان ساخت آن ها می گذرد، خریداری نکنید.
با هر بار شارژ، داخل الکترولیت رسوب تشکیل میشود و مانع از حرکت آیونهای لیتیم بین آند و کاتد میگردد و بنابراین ظرفیت کلی شارژ پائین میآید. اگر باتری کاملاً شارژ شود یا در حرارت بالا ، این ظرفیت پائینتر هم میآید. بهترین کار این است که اگر از لپ خود استفاده نمیکنید، آن را نیمه شارژ بگذارید.
ممکن است درباره باتریهای Lithium Polymer شنیده باشید . از نظر فنی Li-Poly که یک نوع باتری Lithium است، الکترولیت را در یک ترکیب جامد یا پلیمرژلاتینی(پولی اتیلن یا پلی اکریلونیتریل) نگه میدارد. در این صورت الکترولیتها بسیار ایمن تر و با ثبات تر میشوند، چرا که آنها سیلندرهای فشرده هستند و نیازی نیست به صورت انبوه ساخته شوند. باتریهای Li-Poly می توانند هر شکلی داشته باشند و اغلب سبکترند، چرا که به بدنهی فلزی فشرده نیاز ندارند. از سوی دیگر آن ها بسیار گرانند و چگالی انرژی نسبتاً اندکی را در مقایسه با باتریهای Li-ion حمل میکنند.
گرچه ممکن است باتریهای Li-ion بهترین باشند،اما مشکلات خودشان را دارند. احتمالاً اخیراً در مورد آتش گرفتن باتری های تلفن همراه یا لپ تاپها چیزهایی شنیدهاید. باتری های Li-ion میتوانند بسیار داغ شوند و اگر جداساز داخل باتری خراب باشد، الکترولیت ارگانیک که گاز متصاعد میکند با یک جرقه یا حرارت به سرعت آتش میگیرد و موجب آتش گرفتن باتری میشود.
باتری Li-ion در عمل
در یک باتری Li-ion ، آیونهای لیتیوم با بار مثبت در الکترولیت رسانا از طریق جداساز به کاتد جریان پیدا میکنند. این باعث میشود که بار منفی الکترونها به سمت آند بروند. هنگام شارژ، این جریان برعکس میشود.