ما هي أنواع البطاريات القابلة للشحن؟ وما مميزات كل منها؟ هذه الأسئلة يحتاج إلى معرفة الإجابة عنها بالتفصيل وبكل دقة أصحاب المصانع الجديدة والمهندسين الذين يخططون إلى افتتاح مشاريع هندسية خاصة بهم، لكي يتثنى لهم انتقاء النوع الأفضل والأنسب لهم والأكثر إفادة للمشروع وطبيعة العمل، وسوف نوضح ذلك بالتفصيل من خلال موقع جربها.
أنواع البطاريات القابلة للشحن
إن البطاريات الثانوية أو البطاريات القابلة للشحن تعد من الأساسيات التي يعتمد عليها في إمداد الكثير من الأجهزة بالطاقة، وهي غير مقتصرة على نوعية واحدة بل توجد مجموعة من أنواع البطاريات القابلة للشحن وهي تتمثل في:
1- بطاريات ليثيوم أيون Lithium-ion
إن بطارية ليثيوم أيون هي واحدة من أشهر أنواع البطاريات القابلة للشحن على الإطلاق، وهي شائعة وواسعة الانتشار حيث تتواجد بشكل رئيسي في الأنواع المختلفة من أجهزة المحمول.
حيث إنها تتضمن الأجهزة الذكية والهواتف المحمولة، إلى جانب الكثير من التطبيقات الأخرى الخاصة بالمنزل، كما أنها تستخدم في بعض التطبيقات العسكرية أو في الطيران نظرًا لتميزها بخفة الوزن.
اقرأ أيضًا: شحن بطارية السيارة الجافة بالمنزل
آلية عمل البطارية
استكمالًا للحديث عن بطارية ليثيوم أيون ضمن أنواع البطاريات القابلة للشحن يجب أن نوضح آلية العمل الخاصة بالبطارية، ويحدث في تلك البطارية أن تترك أيونات الليثيوم الإلكترون السالب إلى الإلكترون الموجب في وقت التفريغ، ثم ترجع إلى مكانها في الإلكترون السالب بعد أن يتم شحن البطارية.
هذه البطارية تستخدم مركب الليثيوم المتداخل والذي يطلق عليه اسم intercalated lithium compound، بمثابة مادة إلكترون واحدة فقط مقارنة بالليثيوم المعدني الذي يستخدم في بطاريات الليثيوم الغير قابلة للشحن.
مميزات بطارية ليثيوم أيون
لكون بطارية ليثيوم أيون واحدة من أجود أنواع البطاريات القابلة للشحن، يجب أن نتفرد بعرض كل المميزات المتوفرة فيها والتي تتلخص فيما يلي:
- فاعلية التفريغ والشحن 80-90%.
- التفريغ الذاتي المنخفض.
- كثافة الطاقة المرتفعة وعدم وجود أي أثر للذاكرة.
- الجهد الاسمي للخلية NMC 3.6/3.85V.
- يختلف التركيب الكيميائي وفقًا لطبيعة الأداء المصنعة من أجله.
- الكثافة الطاقية 250: 693 W-h/L
- غير مقتصرة على سعر واحد بل تختلف وفقًا للغرض من استخدامها.
- معدل التفريغ الذاتي 3-2.9%/ شهري بدرجة حرارة 20oC.
- تحتوي بطاريات ليثيوم أيون للأجهزة الإلكترونية المحمولة على أوكسيد كوبالت الليثيوم.
- الاستطاعة المحددة 250: 340 W/kg.
- تحتوي بطاريات ليثيوم أيون ذات الجهد المنخفض على فوسفات حديد الليثيوم.
- عمر الدورة من 400: 1200 cycles.
- توفير طاقة مرتفعة ومنخفضة وفقًا لحاجة المستخدم، مع الحفاظ على الأداء القوي وتحقيق أقصى درجات السلامة.
- الطاقة المحددة 100: 265W-h/kg.
2- بطاريات نيكل – هيدريد فلز NI-MH
هي أحد أنواع البطاريات القابلة للشحن ولكنها ذات نوع مختلف بعض الشيء عن النوع السابق من حيث الشكل الكيميائي، حيث نجد التفاعل الكيميائي فيها يتم من خلال أخذ التفاعل الكيميائي للإلكترون الموجب للبطاريات قريب الشبه إلى التفاعل الكيميائي الذي يوجد في خلية النيكل كادميوم.
مع أنواع البطاريات التي تستخدم النيكل أوكسيد هيدروكسيد، إلا أنها تعتمد على الإلكترونات السالبة في معدن النيكل هيدريد، مجموعة ممزوجة لكي تمتص عنصر الهيدروجين بدلًا من الكادميوم الذي يستخدم في بطاريات NICD.
توجد بطاريات النيكل ميتال هيدريد في تلك الأجهزة التي تتسم باستهلاكها لكميات كبيرة من الطاقة، والسبب في ذلك هو زيادة سعتها ومدى كثافة الطاقة بها، كما وتتسم هذه البطارية بأنها ذات سعة تصل إلى ضعفين أو ثلاثة أضعاف من سعة بطارية NICDK التي تأخذ نفس الحجم تقريبًا وتقترب إلى بطارية ليثيوم أيون من حيث كثافة الطاقة.
على عكس التركيبة الكيميائية لبطارية NICD فإن هذه البطارية تتمتع ببنية كيميائية كاملة من NIMH مما يجعلها لا تتأثر بالذاكرة مثلما هو الحال في بطاريات النيكل ميتال، ومن أبرز مميزات وخصائص بطارية نيكل هيدريد فلز:
- معدل التفريغ الذاتي لشهري 3-2.9%/ بدرجة حرارة 20oC.
- الطاقة المحددة 60-120h/kg.
- الاستطاعة المحددة 66% – 92%.
- عمر أو دورة البطارية 180 -2000.
- كثافة الطاقة 140-300 Wh/L.
- فاعلية الشحن والتفريغ في البطارية 70-90%.
3- بطاريات الرصاص الحمضية
هذه البطارية تصنف ضمن أنواع البطاريات القابلة للشحن ذات الكفاءة العالية نسبيًا والتكلفة المنخفضة، وتتميز باستخدامها في التطبيقات ذات الاستهلاك العالي وغالبًا ما تكون في حجم كبير، ولزيادة وزنها يتم استخدامها في تركيب التطبيقات الغير محمولة مثل مخازن طاقة الألواح الشمسية أو بطاريات السيارة أو تشغيل الأنوار القوية.
بالإضافة إلى استخدامها في التغذية الاحتياطية وتسوية الحمولة في المولدات الكهربائية أو في موزعات الطاقة، ويعد هذا النوع من أنواع البطاريات القابلة للشحن من أقدمها على الإطلاق وهي بالغة الأهمية ولا تزال مستخدمة حتى الآن، وهي تمتلك نسبة أو درجة منخفضة من الطاقة بالنسبة إلى وزنها.
إلا أنها تتميز بدرجة استطاعة مرتفعة بشكل نسبي مقارنة بالوزن، وبالتالي يمكنها أن تؤمن تيارات اندفاع قوية ومرتفعة إلى حد كبير ولكن عند الحاجة إلى ذلك، وتعد هي الأنسب بالنسبة الاستخدام في التطبيقات متعددة التيار المرتفع مثل تغذية تحريك المحركات ذات الحركة الذاتية، بالإضافة على التخزين في مولدات الطاقة الاحتياطية.
اقرأ أيضًا: كيف تعرف بطارية الايفون الاصلية ومتى يجب تغيير البطارية
4- بطاريات نيكل كادميوم Ni-cd
بطارية نيكل كادميوم Ni-cd هي أحد أنواع البطاريات القابلة للشحن، ولقد تم تطوريها من خلال استخدام هيدروكسيد أوكسيد النيكل إلى جانب الكادميوم المعدني مثل الكترودات، وهي تمتاز بقدرتها في الحفاظ على الجهد وكذلك الحفاظ على الشحنة كاملة في حالة عدم الاستخدام.
إلا أن السلبية الوحيدة في هذا النوع هو أنها تقع تحت التأثير السلبي للذاكرة الغير مرغوب فيها في حال تم شحن البطارية بشكل جزئي، مما ينتج عنه في النهاية تخفيض السعة المستقبلية في البطارية.
بمقارنة بطارية نيكل كادميوم مع سائر الأنواع الأخرى من الخلايا القابلة للشحن، حيث توفر البطارية زمنًا قياسيًا من العمل وأداء وجهد جيدًا جدًا في درجات الحرارة المنخفضة مع توفير سعة كبيرة.
إن أهم ما يميز هذا النوع من أنواع البطاريات القابلة للشحن هو تقديمها سعة كبيرة جدًا في معدلات تفريغ الشحنة العالية، كما أنها متاحة بأكثر من حجم وكلها تشتمل على الأحجام التي تستخدم في البطاريات القلوية وAAA مع خلايا NICD.
يمكن أن تستخدم تلك المركبات تستخدم على انفراد أو مجمعة في مجموعات مكونة من خليتين أو أكثر من ذلك، حيث تستخدم الحزم الصغيرة منها في الأجهزة المحمولة الخفيفة مثل الألعاب والإلكترونيات، إلا أننا نجد البطاريات ذات الحجم الكبير منها في مولدات الطاقة الاحتياطية والعربات الكهربائية.
تتسم بطاريات نيكل كادميوم Ni-cd بمجموعة من الخصائص نذكر منها:
- فاعلية الشحن والتفريغ 70-90%.
- الطاقة المحددة 40-60W-h/kg.
- معدل التفريغ الذاتي الشهري 10%/month.
- كثافة الطاقة 50-150 W-h/L.
- دورة حياة البطارية 2000cycles.
- الاستطاعة المحددة 150W/kg.
ما هي البطارية القابلة للشحن
يقصد بالبطارية القابلة للشحن أو البطارية الثانوية تلك البطاريات التي تتميز بالخلايا الإلكترو كيميائية في تركيبها، وهي تعمل على تطبيق جهد محدد على البطارية ولكنه في اتجاه عكسي، ويمكن أن تتم إعادة شحنها مرة أخرى بعد تفريغها.
يتم الاعتماد عليها بشكل كلي وأساسي في تشغيل التطبيقات التي تتميز بأنها تستهلك طاقة مرتفعة وهي كثيرًا ما تكون مكلفة وباهظة الثمن، إلا أنه يوجد منها نمط آخر يتسم بسعة منخفضة أو أقل ويتناسب مع الأجهزة التي تستهلك طاقة أقل مثل الأجهزة الإلكترونية أو الموبايل.
كما ويوجد نوع أكثر أهمية من تلك البطاريات القابلة للشحن، ألا وهو البطاريات ذات الأداء المرتفع وهي المستخدمة دائمًا في إمداد الأجهزة الإلكترونية الكبيرة مثل الثلاثة أو الغسالة وتطبيقات تسوية الحمولة، وتتميز هذه البطاريات بأنها اقتصادية أكثر من البطاريات الأساسية بالرغم من ارتفاع تكلفتها.
معايير اختيار نوع البطارية
هناك مجموعة من المعايير التي يجب على المستخدم أن يأخذها في عين الاعتبار قبل أن يقوم بتحديد أنواع البطاريات القابلة للشحن التي يريد استخدامها، وأن يتم اختيار البطارية بناءً على تلك المعايير التي تتلخص في:
1- السعر والتكلفة
إن أمر التكلفة والسعر بالغ الأهمية عند الإقدام على اتخذا قرار هندسي، فمن المهم جدًا أن يكون اختيار النوع المناسب للبطارية يتناسب كليًا مع إمكانياتها وأدائها، لكيلا تزيد تكاليف المشروع عن النسبة الطبيعية.
2- درجة الأمان
يقصد بدرجة الأمان هنا هو العناية بما يخص درجة الحرارة التي سوف يعمل الجهاز عليها، حيث إن بعض مكونات البطارية تتعرض إلى الانهيار في ظل الحرارة المرتفعة، كما أنها قد تخضع بعض التفاعلات الطاردة للحرارة، مما يؤدي إلى خفض الحرارة المرتفعة بوجه عام وإضعاف حالة البطارية.
3- عمر دورة حياة البطارية
يجب أن تكون كثافة الطاقة وكذلك كثافة الاستطاعة في حالة من الاستقرار والاتزان، حيث إن ذلك يحافظ على العمر الأطول للبطارية.
4- كثافة الاستطاعة
يقاس معدل تفريغ الطاقة بوحدة الكتلة أو الحجم، فمثلًا نجد أن الأجهزة ذات الاستطاعة المنخفضة هي الآيبود والهواتف المحمولة، أما الأجهزة ذات الاستطاعة الكبيرة فتتمثل في أدوات التشغيل الكبيرة.
اقرأ أيضًا: أنواع البطاريات الكورية للسيارات
5- كثافة الطاقة
يقصد بها الكمية الكاملة للطاقة المخزنة مع قياسها بوحدة الحجم أو الكتلة، وهذا هو المحدد الرئيسي لمدة أو فترة بقاء الهاتف لعمل الهاتف المحمول قبل أن يحتاج إلى شحنه مرة أخرى.
إن التعرف إلى كل ما يخص أنواع البطاريات القابلة للشحن أمر مفروغ منه من حيث الأهمية، حيث إن ذلك يترتب عليه وضع ميزانية كاملة للمشاريع الهندسية في شتى المجالات.