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.