معرفی کامل انواع باتری ثانویه یا باتری شارژی
باتری ثانویه مانند باتری‌های 18650 ویژگی‌های خوبی دارند، مثل: انرژی بالا، چگالی توان بالا، منحنی دشارژ یکنواخت، مقاومت کم، نداشتن اثر حافظه و طیف وسیعی از عملکرد دما. با این حال، چون بیشتر آنها حاوی مواد سمی‌اند بنابراین، باید به شکل درست دفع بشوند.
انواع باتری ثانویه
- اسید سرب (سیلد اسید)
- باتری‌های بر پایه نیکل
- هالوژن روی
- باتری‌های بر پایه هوا-فلز
- سدیم بتا (β)
- باتری‌های بر پایه لیتیوم
۱. باتری سربی – اسیدی (سیلد اسید)
این باتری از سال ۱۸۶۰ تاکنون پا به دنیای انرژی تجاری گذاشته که در آن از سرب به عنوان الکترود منفی، دی اکسید سرب به عنوان الکترود مثبت و اسید سولفوریک به عنوان الکترولیت استفاده می‌شود.
تحقیقات فعلی عمدتاً بر کاهش اندازه و وزن باتری‌ها و حفظ چگالی انرژی بالا از طریق مواد پیشرفته باتری سرب اسید یا باتری خشک متمرکز است. انواع باتری در باتری‌های اسید سرب معمولی شامل باتری‌های AGM و باتری‌های ژلی (GEL) است.
باتری AGM از الکترولیت حاوی فیبر شیشه‌ای تشکیل شده که یک ماده جامد است و می‌تواند بدون نشت اسید را جذب کند و در بربگیرد. این نوع باتری‌ها جمع و جورند، فضای کمتری اشغال می‌کنند و نسبت به باتری‌های استاندارد در برابر لرزش مقاومت بالاتری دارند. باتری ژل از الکترولیت ژلی ساخته شده که به شکل الکترولیت جامد ناقص است و می‌تواند حاوی اسید بدون نشتی باشد.
۲. باتری مبتنی بر نیکل
در این باتری نیکل هیدروکسید به عنوان مواد مثبت و منفی بکار می‌رود. این نوع باتری‌ها را می‌شود به موارد زیر تقسیم کرد:
- باتری‌های آهن نیکل
- باتری‌های نیکل کادمیوم
- باتری‌های نیکل روی
- باتری‌های نیکل هیدروژن
- باتری‌های Ni-H2
به طور کلی، در باتری‌های مبتنی بر نیکل، ماده فعال هیدروکسید نیکل به عنوان الکترود مثبت، هیدروکسید پتاسیم به عنوان الکترولیت و فلز آهن/ کادمیوم/ روی، متال هالید یا هیدروژن به عنوان الکترود منفی استفاده می‌شود.
۳. باتری زینک هالید
انواع باتری‌ها در گروه باتری‌های هالید روی شامل کلرید روی و برمید روی (Zn-Cl2 و Zn-Br2) در ذخیره سازی انرژی الکترون‌ولت (EV) قابل اجرا هستند. در سال ۱۹۷۰، کلرید روی برای وسایل نقلیه الکتریکی و ذخیره انرژی ساکن توسعه یافت که چگالی انرژی آن حدود ۹۰ Wh/L و چگالی توانش حدود ۶۰ W/kg است.
باتری برمید روی برای ذخیره انرژی EV مناسب است، با چگالی انرژی ۷۰ Wh/kg و ظرفیت شارژ سریع و هزینه مواد کم. در انواع باتری، انرژی از طریق واکنش الکتروشیمیایی سیستمی متشکل از روی و برُم که از قسمت‌های زیر تشکیل شده ذخیره و آزاد می‌شود:
- روی
- برم
- الکترولیت محلول آبی برمید روی
- دستگاه ذخیره الکترولیت
- غشاء پلاستیک ریز متخلخل
در سیستم باتری برمید روی، الکترولیت محلول از طریق یک پمپ بین دو الکترود به گردش در می‌آید که در طول شارژ، روی بر روی الکترود منفی و برم روی الکترود مثبت و موقع تخلیه، یون‌های روی و برم بر روی الکترودهای مربوطه خود رسوب می‌کنند.
۴. باتری هوای فلزی
در این باتری الکترود فلزی به عنوان آند عمل می‌کند و اکسیژن از هوای پایان ناپذیر به عنوان کاتد تامین می‌شود و در آن از لیتیوم، کلسیم، منیزیم، آهن، آلومینیوم و روی به عنوان فلزات آند استفاده می‌شود.
در میان این عناصر، باتری هوای لیتیومی امیدوارکننده‌ترین باتری برای کاربردهای EV است چون چگالی انرژی نظری بالایی دارد: ۱۱.۱۴ کیلووات ساعت بر کیلوگرم. صرف نظر از هوا، انرژی ویژه این نوع باتری‌ها بیش از ۱۰۰ برابر انواع دیگر باتری‌ها ولی خطر آتش سوزی آنها خیلی زیاد است (هوای حاوی بخار آب ممکن است باعث آتش سوزی شود).
در بین انواع باتری، باتری هوای کلسیمی چگالی انرژی بالایی دارد، ظرفیتش خیلی سریع تحلیل می‌رود و گران است و به طور کلی انرژی ویژه بالای ۷۰۰ وات ساعت کیلوگرم دارد که با جایگزینی منیزیم بجای آلیاژ منیزیم، برای استفاده در وسایل نقلیه زیردریایی طراحی شده است. باتری هوای آهنی قابل شارژ الکتروشیمیایی دارای انرژی ویژه کم ۷۵ وات ساعت بر کیلوگرم و هزینه‌اش در مقایسه با سایر باتری‌های هوای فلزی کمتر است.
باتری هوای آلومینیومی دارای انرژی ویژه، ولتاژ ترمینال و ظرفیت آمپر ساعت است. اما این مزیت‌هایش به دلیل مصرف آب در هنگام دشارژ کاهش می‌یابد. باتری اکسید آلومینیوم را می‌شود به اشکال دیگر هم استفاده کرد، مثلا با کمک آن، باتری هیدروژن FC تقریباً دو برابر انرژی ویژه دارد.
باتری روی هوا از نظر فنی موفق و انواع آن دارای ویژگی‌های باتری FC و معمولی است که می‌تواند به صورت الکتریکی و مکانیکی شارژ شود. در طول تخلیه، الکترود روی با آزاد کردن الکترون اکسید می‌شود و الکترود هوا یون‌های هیدروکسیل تولید می‌کند. در طول شارژ باتری، روی بر روی الکترود روی رسوب می‌کند و اکسیژن به داخل الکترود هوا آزاد می‌شود.
به طور کلی، باتری‌های هوای فلزی به دلیل هزینه مواد کم و عملکرد بالا، گزینه‌ای مناسب برای کاربردهای ذخیره‌سازی انرژی قابل شارژ هستند.
۵. باتری سدیم بتا
سدیم یک ماده بسیار جذاب برای آند باتری است. بسته به مواد کاتد، انواع باتری در این دسته به ترتیب به عنوان باتری‌های سدیم سولفور و سدیم متال هالید طبقه‌بندی می‌شوند. باتری سدیم سولفور دارای ویژگی‌های دمای بالاست و در دمای ۳۵۰-۳۰۰ درجه سانتیگراد کار می‌کند.
با این حال، این نوع باتری دارای مقاومت داخلی بالا و خورندگی قوی سدیم است. فناوری باتری هالید سدیم از دهه ۱۹۹۰ در خودروهای الکتریکی به کار رفته و ولتاژ باتری آنها بیشتر از باتری‌های سدیم سولفوراست.
۶. باتری لیتیوم یونی
این نوع باتری به دلیل چگالی انرژی بالا، انرژی ویژه و توان ویژه، مناسب‌ترین باتری برای ذخیره انرژی در نظر گرفته می‌شود. علاوه بر این، چون باتری‌های لیتیومی فاقد حافظه‌اند و مواد مضری مثل جیوه و سرب ندارند، در حال حاضر از بهترین باتری‌های شارژی محسوب می‌شوند.
باتری‌های لیتیوم یونی در انواع مختلف برای کاربردهای دمای بالا طراحی شده‌اند. باتری سولفور لیتیوم دارای بالاترین ظرفیت انرژی در بین تمام باتری‌های لیتیومی است، اما نیاز به مدیریت حرارتی دارد.
محدوده دمای عملیاتی باتری سولفور لیتیوم ۵۰۰-۳۷۵ درجه سانتیگراد است. باتری سولفور لیتیوم با دمای بالا از آلیاژ آلومینیوم لیتیوم به عنوان آند، از سولفید آهن به عنوان کاتد و از مذاب کلرید لیتیوم کلرید پتاسیم به عنوان الکترولیت و دیافراگم استفاده می‌کند. در این باتری‌ها از آلیاژ لیتیوم آلومینیوم برای کنترل فعالیت لیتیوم و از سولفید آهن برای جلوگیری از خوردگی آهن استفاده می‌شود.
با توجه به مواد مختلف کاتد، انواع باتری‌های لیتیوم یونی به دسته‌های زیر تقسیم می‌شوند:
- منگنات لیتیوم (LiMn2O4)
- لیتیوم فسفات آهن (LiFePO4)
- اکسید کبالت نیکل منگنز (LiNiMnCoO2)
- اکسید آلومینیوم لیتیوم نیکل کبالت (LiNiCoAlO2)
- لیتیوم تیتانات (Li4Ti5O12)
نتیجه
در مقایسه، در میان انواع باتری‌های تجاری بزرگ مقیاس، باتری‌های لیتیوم یونی مزایای آشکاری در انرژی ویژه و توان ویژه دارند. علاوه بر این، توسعه مواد باتری لیتیومی ارزان قیمت و سیستم‌های مدیریت باتری، پیشرفت‌هایی را در کاهش هزینه‌های ساخت ایجاد کرده که به کاربرد بیشتر باتری‌های لیتیومی کمک می‌کند.
علاوه بر این، انواع باتری‌های دیگر از جمله باتری‌های پیشرفته اسید سرب، نیکل کادمیوم، نیکل هیدروژن،H2-NI، هوا روی، سدیم سولفور و سدیم نیکل کلرید با ویژگی‌های متمایز هم در بازار استفاده می‌شوند.
منبع: Takoma Battery
برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.