مقدمة
لأكثر من قرن من الزمان ، كانت بطاريات الرصاص الحمضية رفيقا منتظما في عالم تخزين الطاقة بسبب جدارتها بالثقة وفعاليتها السعرية ومجموعة واسعة من التطبيقات. تستخدم بطاريات الرصاص الحمضية في العديد من الصناعات والقطاعات ، من السيارات إلى تخزين الطاقة المتجددة. ظهرت أنواع مختلفة من بطاريات الرصاص الحمضية تدريجيا بمرور الوقت – تم تطويرها بما يتماشى مع متطلبات وأغراض معينة.
تصف هذه الورقة أنواعا مختلفة من بطاريات الرصاص الحمضية ثم تتعمق في ميزاتها الرئيسية وتكوينها ومزاياها وتطبيقاتها. من بطاريات الرصاص الحمضية المختومة VRLA و AGM متعددة الاستخدامات إلى متغيرات الدورة العميقة المتخصصة والمعدل العالي ، كل نوع له خصائص معينة تجعله مناسبا لمهام محددة.
بالإضافة إلى ذلك ، سننظر في الأعمال الداخلية لهذه البطاريات ونكتشف نطاقها الكيميائي ، بالإضافة إلى فهم كيفية الاستفادة منها في سيناريوهات متنوعة. لقد أثبت توفير الطاقة الاحتياطية في التطبيقات الهامة ، أو تخزين الطاقة المتجددة في إعدادات خارج الشبكة ، أو تشغيل هاتفك أو سيارتك على بطاريات الرصاص الحمضية قيمتها. لا تزال تلعب دورا كبيرا في حلول تخزين الطاقة الحديثة.
1. بطارية VRLA (حمض الرصاص المنظم بالصمام):
بطاريات الرصاص الحمضية المنظمة بالصمامات (VRLA) هي بطاريات قابلة لإعادة الشحن تم إنشاؤها لتكون خالية من الصيانة بسبب هيكلها المحكم. استخدمت هذه الصمامات بطاريات محكمة الغلق لمنع تسرب المنحل بالكهرباء وتم تصميمها لتنظيم الصمامات. تستخدم تقنية البطارية هذه فواصل من الألياف الزجاجية مشبعة بالإلكتروليتات ، مما يجعل صيانة البطارية خالية من التسريبات. تكمن الميزة الرئيسية لبطاريات VRLA في تصميمها المنظم بالصمام ، حيث يسمح صمام تخفيف الضغط أحادي الاتجاه بخروج غاز إضافي أثناء الشحن والتفريغ ، ويظل تأمين البطارية مغلقا وآمنا.
تتضمن أمثلة التطبيقات ما يلي:
● مزود الطاقة غير المنقطع (UPS): تعد بطاريات VRLA جهازا مهما لتخزين الطاقة لأنظمة UPS ، حيث توفر طاقة احتياطية أثناء انقطاع التيار لحماية الأدوات والبيانات الإلكترونية الهامة.
● إضاءة الطوارئ: في المباني والمنشآت الصناعية والأماكن العامة ، توفر بطاريات VRLA أنظمة إضاءة الطوارئ حتى يتمكن الأشخاص من الخروج بأمان أثناء حالات الطوارئ.
● أنظمة الإنذار والأمن: توفر بطاريات VRLA طاقة احتياطية موثوقة لأجهزة الإنذار الأمنية وأنظمة المراقبة ، مما يضمن الحماية والمراقبة دون انقطاع.
● الاتصالات السلكية واللاسلكية: تشمل تطبيقات هذه الأنواع من البطاريات في صناعة الاتصالات دعم إمدادات الطاقة للأبراج الخلوية ومعدات الاتصالات أثناء انقطاع التيار الكهربائي لضمان الاتصال دون انقطاع.
مزايا:
● السلامة: يجعل التصميم المحكم والنظام المنظم للصمام بطاريات VRLA آمنة للاستخدام في التطبيقات المختلفة دون التعرض لخطر تسرب الحمض ، مما يجعلها مثالية للاستخدام الداخلي والبيئات الحساسة.
● لا حاجة للصيانة: لا تتطلب بطاريات VRLA صيانة مشتركة مقارنة ببطاريات الرصاص الحمضية التقليدية المغمورة لأنها تبقى لفترة أطول من البطاريات التقليدية.
● التنوع: هذه البطاريات متعددة الاستخدامات. وهي تنطبق على مختلف الصناعات ، مثل أنظمة UPS وإضاءة الطوارئ وأنظمة الأمان والاتصالات السلكية واللاسلكية والمزيد.
● الشحن السريع: تأخذ بطاريات VRLA قبولا سريعا نسبيا للشحن ، مما يسمح لها بإعادة الشحن بسرعة ، وهي مستعدة للطاقة الاحتياطية في فترة زمنية قصيرة.
2. AGM (حصيرة زجاجية ماصة) بطارية الرصاص الحمضية المختومة:
تتكون بطارية AGM من كيمياء حمض الرصاص ، حيث يتم امتصاص المنحل بالكهرباء في فواصل AGM . بطاريات الرصاص الحمضية المختومة AGM منظمة بالصمام ومختومة بفواصل حصيرة من الألياف الزجاجية. تسمح فواصل AGM للبطارية بأن تكون خالية تماما من الصيانة مع ضمان سلامة وموثوقية النظام. تمتص حصيرة الألياف الزجاجية عمليا المنحل بالكهرباء وتشل حركته ، وبالتالي تمنع التسرب حتى لو كانت البطارية مائلة أو موضوعة في اتجاهات مختلفة.
مزايا:
أولا ، لديهم معدل تفريغ ذاتي منخفض. عادة عندما تكون في التخزين ، يمكنهم الاحتفاظ بشحنهم لفترات طويلة مع القليل من فقدان الطاقة. ثانيا ، تظهر أداء تفريغ أفضل عالي المعدل ، لذا فهي خيارات ممتازة للتطبيقات التي تحتاج إلى رشقات نارية من الطاقة أو خرج طاقة عالي. أيضا ، يعني البناء المختوم عدم وجود صيانة حيث لا توجد حاجة لسقيها أو فحص مستويات المنحل بالكهرباء بانتظام.
التطبيقات:
في قطاع السيارات ، فهي شائعة في بدء التشغيل والإضاءة والإشعال (SLI) من خلال توفير الطاقة الاحتياطية للسفن البحرية التي تضمن الإمداد الكهربائي المستمر والموثوق أثناء الرحلات. أيضا ، تعتبر بطاريات AGM مناسبة تماما عند استخدامها كأنظمة تخزين للطاقة الشمسية حيث يمكنها تخزين الطاقة بكفاءة وشحنها وتفريغها بشكل متكرر. بالإضافة إلى ذلك ، توفر هذه البطاريات خيارات ممتازة للدراجات البخارية الكهربائية. أثبتت بطاريات الرصاص الحمضية المختومة AGM مصادر طاقة متعددة الاستخدامات وموثوقة عبر تطبيقات مختلفة.
3. GEL مختومة بطارية الرصاص الحمضية:
تتكون بطاريات الهلام من ألواح الرصاص والكهارل بحمض الكبريتيك الهلامي. يتكون الجل عن طريق إضافة السيليكا إلى المنحل بالكهرباء ، وبالتالي تشكيل مادة شبه صلبة تثبت الحمض في مكانه. على عكس بطاريات الرصاص الحمضية العادية المغمورة ، تعمل تقنية الهلام على تثبيت إلكتروليت حمض الكبريتيك. ومن ثم فإن الانسكاب أو الصيانة غير مطلوبة. الهيكل مغلق ، مما يعني أنه آمن مع السماح بتشغيل البطارية في أي اتجاه دون انسكاب الأحماض.
مزايا:
تتمثل المزايا الرئيسية لبطاريات الرصاص الحمضية المختومة بالهلام في أنها توفر دورة حياة محسنة. يقلل تكوين الجل من معدل الكبريت على ألواح البطارية ، مما يجعلها أكثر مقاومة للتآكل والتمزق المرتبط بدورات الشحن والتفريغ. يترجم عمر الدورة الممتد هذا إلى عمر أطول للبطارية ، وبالتالي تقليل تردد الاستبدال.
تتمتع بطاريات GEL بأداء أفضل في ظل ظروف درجات الحرارة العالية. المنحل بالكهرباء المؤهل أقل في مسؤوليته عن الجفاف مع ارتفاع درجات الحرارة ، مما يساعد على الحفاظ على سعة البطارية وكفاءتها.
التطبيقات:
تطبيق كبير آخر لبطاريات GEL هو تخزين الطاقة المتجددة ، حيث يتم تخزين الكهرباء الزائدة المولدة من الألواح الشمسية أو توربينات الرياح في بطاريات GEL للحصول على مصدر طاقة ثابت ومستمر عند فشل المصادر المتجددة. يعد التخزين الزائد لبطارية GEL بارزا أيضا في الصناعة الطبية لأنه يشغل المعدات الحيوية مثل أجهزة التنفس الصناعي وأنظمة مراقبة المرضى. إن دورة حياتها الجيدة وأدائها الذي يمكن الاعتماد عليه يجعلها خيارات جيدة للتطبيقات الطبية التي تحتاج إلى مصادر طاقة عالية الجودة.
4. بطارية الرصاص الحمضية ذات الدورة العميقة:
تكون بطاريات الدورة العميقة أكثر سمكا بشكل عام في ألواح الرصاص ولها كثافة أكبر من المواد الفعالة. يوفر تصميمه القوي سعة أكبر يمكنها تخزين المزيد من الطاقة. تم تصميم بطارية الرصاص الحمضية ذات الدورة العميقة لتحمل التفريغ العميق المتكرر وإعادة الشحن دون التعرض للضرر. على عكس ما يتم استخدامه لبدء تشغيل المحركات ، فإن ميزاته تجعلها مناسبة للتطبيقات التي تحتاج إلى توصيل طاقة مستدام وموثوق به على مدى فترة زمنية طويلة.
المزايا المحتملة:
الميزة الرئيسية لبطاريات الرصاص الحمضية ذات الدورة العميقة هي عمرها الممتد. إن بنيتها الثقيلة ، ومقاومتها لتدهور الألواح ، وقدرتها على البقاء لفترة أطول في ظل ظروف التفريغ وإعادة الشحن الصعبة تمكنها من تلبية التطبيقات التي تتطلب دورة متكررة ومستمرة طوال عمرها التشغيلي.
إلى جانب ذلك ، تعمل بطاريات الرصاص الحمضية ذات الدورة العميقة بشكل أفضل في التطبيقات التي تتضمن دورات التفريغ وإعادة الشحن المستمرة. يمكن أن توفر هذه خرج طاقة ثابتا وموثوقا به دون التقليل من الأداء أو الكفاءة على مدى فترات طويلة. أنها تنتج تقريبا جميع أنواع التطبيقات.
التطبيقات:
التطبيقات الشائعة هي تشغيل عربات الجولف والمركبات الكهربائية للاستخدام المستدام والمدى. علاوة على ذلك ، تتمتع بطاريات الدورة العميقة بتطبيق جيد في تخزين الطاقة الزائدة المتولدة خلال ساعات سطوع الشمس الشديدة وكذلك إطلاقها عندما يكون ضوء الشمس منخفضا أو معدوما. يضمن إمدادا مستمرا بالطاقة مع أقصى استخدام لطاقة الشمس.
5. بطارية الرصاص الحمضية عالية المعدل:
بطارية الرصاص الحمضية عالية المعدل
عبارة عن مادة قطب كهربائي مختارة بعناية تم تصميمها لتوفير إمكانية التفريغ السريع وإعادة الشحن. تم التخطيط لبطارية الرصاص الحمضية عالية المعدل لتوفير تيارات عالية للتطبيقات قصيرة المدة. سيكون هذا متوافقا مع التطبيقات التي تتطلب إطلاقا سريعا وقويا للطاقة. تم تصميم هذه البطاريات بمواد وتكوينات محسنة للأقطاب الكهربائية لتحملها بطريقة فعالة مع توفير الموثوقية على معدل تفريغ مرتفع.
مزايا:
تكمن إحدى المزايا الرئيسية لبطاريات الرصاص الحمضية عالية المعدل في قدرتها على التعامل مع التطبيقات عالية الطاقة بشكل فعال. إنه يوفر رشقات نارية سريعة من الطاقة. إنها قيمة للتطبيقات التي تحتاج إلى إصدار سريع وكبير للطاقة.
بطاريات الرصاص الحمضية عالية المعدل مناسبة أيضا لأنظمة الطاقة الاحتياطية في حالات الطوارئ. في ظل ظروف الطوارئ ، عندما تكون هناك حاجة إلى مصدر طاقة فوري يمكن الاعتماد عليه ، يمكن للبطاريات عالية المعدل توفير الطاقة المطلوبة للحفاظ على الوظائف والأجهزة الحيوية.
التطبيقات:
عادة ما تجد بطاريات الرصاص الحمضية عالية المعدل تطبيقا في البيئات الصناعية. غالبا ما تستخدم في الرافعات الشوكية ومعدات مناولة المواد الأخرى لأن هذه الأجهزة تحتاج إلى تيارات عالية لرفع الأحمال الثقيلة والحفاظ على تشغيل الآلات بكفاءة. تضمن هذه البطاريات أن الرافعات الشوكية يمكنها توصيل الطاقة على فترات قصيرة لتظل منتجة وتعمل على مستوى عال.
علاوة على ذلك ، فإن قدرتها على إطلاق الطاقة بسرعة تجعل بطاريات الرصاص الحمضية عالية المعدل مناسبة لأنظمة الاتصالات السلكية واللاسلكية. أثناء انقطاع التيار الكهربائي أو أوقات ذروة الطلب ، يمكن لهذه البطاريات دعم البنية التحتية للاتصالات بسرعة لتعزيز خدمات اتصالات وقت التشغيل.
6. بطارية أنبوبي OPzV:
تحتوي البطاريات الأنبوبية OPzV على إلكتروليت هلامي وألواح أنبوبية موجبة. من المعروف أن البطارية الأنبوبية OPzV لها بنية ذات ألواح أنبوبية موجبة. تم تصميم هذه البطاريات للحصول على أداء وعمر فائقين مقارنة ببطاريات الرصاص الحمضية. تم تحسينها للدورة العميقة باستخدام لوحات أنبوبية موجبة ، مما يجعلها الخيار الأفضل للتطبيقات التي تحتاج إلى تصريفات متكررة وعميقة.
مزايا:
تتمتع بطارية OPzV الأنبوبية بأطول عمر خدمة بين أنواع بطاريات الرصاص الحمضية. يؤدي الجمع بين الألواح الموجبة الأنبوبية والإلكتروليتات الهلامية إلى تقليل تدهور اللوحة ، مما يطيل العمر التشغيلي لبطارية معينة ويجعلها حلا فعالا من حيث التكلفة وموثوقا به لتخزين الطاقة على المدى الطويل.
علاوة على ذلك ، تتمتع بطاريات OPzV بقدرات جيدة على ركوب الدراجات العميقة. لذلك ، يمكنهم قبول التصريفات العميقة المتكررة دون التضحية بالأداء أو الكفاءة. هذه الميزة ضرورية لتطبيقات مثل أنظمة تخزين الطاقة المتجددة وإعدادات الطاقة خارج الشبكة التي تعتمد على توفير طاقة ثابت ومستدام.
التطبيقات:
تستخدم البطاريات الأنبوبية OPzV في أنظمة تخزين الطاقة المتجددة المختلفة. عندما تقوم بتخزين الطاقة الزائدة المتولدة من الألواح الشمسية أو توربينات الرياح بشكل فعال للغاية ، فإن قدرتها على مقاومة التصريفات العميقة المتكررة وإعادة الشحن تضمن استمرار إمدادات الطاقة المستقرة والموثوقة خلال فترات توليد الطاقة المتجددة المنخفضة أو المنعدمة.
علاوة على ذلك ، تستخدم هذه البطاريات في مواقع الاتصالات البعيدة لتوفير طاقة احتياطية أثناء انقطاع التيار الكهربائي أو المناطق ذات الوصول الأقل إلى شبكة الكهرباء. إن عمرها التشغيلي الطويل وقدراتها على ركوب الدراجات العميقة تجعلها مصدرا موثوقا للطاقة للبنى التحتية للاتصالات الحيوية.
7. بطارية الرصاص الحمضية OPzS:
تشتمل بطارية الرصاص الحمضية OPzS على إلكتروليت حمض الكبريتيك السائل المغمور في تصميمها. تحتوي خلايا البطارية على لوحات موجبة أنبوبية وألواح سالبة مسطحة أو ملصقة. تشتهر بطارية الرصاص الحمضية OPzS بتصميم لوحتها الأنبوبية ، والتي تستخدم إلكتروليت حمض الكبريتيك السائل. تم تصميم هذه البطاريات بألواح أنبوبية صلبة وقوية تلعب دورا حيويا في أدائها الموثوق به وعمر الخدمة الطويل.
مزايا:
نقطة واحدة قوية من بطاريات الرصاص الحمضية OPzS هي طبيعتها المتينة والصلبة. ، إلى جانب معززات إلكتروليت حمض الكبريتيك السائل ، يعزز تصميم اللوحة الأنبوبية قوة البطارية لتحمل التفريغ العميق المتكرر وإعادة شحن التدهور الكبير ، وبالتالي عمر خدمة أطول.
علاوة على ذلك ، تتمتع بطاريات OPzS بدورة جيدة لأن التطبيق يتطلب تكرار دورات الدورة العميقة. هذه الخصوصية مفيدة للغاية في البيئات التي تحتاج إلى مصدر طاقة موثوق ومستقر ، على سبيل المثال: قطاع الاتصالات السلكية واللاسلكية وأنظمة السكك الحديدية وإعدادات تخزين الطاقة ، من بين أمور أخرى.
التطبيقات:
ينتهي الأمر باستخدام بطاريات الرصاص الحمضية OPzS على نطاق واسع في التطبيقات الهامة في مجالات متنوعة. تعمل هذه البطاريات كمصادر طاقة احتياطية موثوقة تضمن خدمات الاتصال دون انقطاع أثناء انقطاع التيار الكهربائي أو في المناطق النائية ذات الوصول الضئيل إلى الشبكة الكهربائية.
بالإضافة إلى ذلك ، تستخدم بطاريات OPzS إلى حد كبير في أنظمة السكك الحديدية لتوفير طاقة احتياطية حيوية لأنظمة الإشارات والاتصالات والإضاءة. لديهم مقاومة ضد التصريفات العميقة بالإضافة إلى ظروف التشغيل القاسية ، مما يجعلها حلول تخزين طاقة موثوقة في البنية التحتية للسكك الحديدية.
8. بدء التشغيل أو بدء تشغيل المحرك بطاريات الرصاص الحمضية:
تم تصنيع بطاريات الرصاص الحمضية لبدء التشغيل أو بدء تشغيل المحرك خصيصا للمركبات المزودة بتقنية بدء التشغيل. يشار إلى النظام أيضا باسم الإغلاق التلقائي وإعادة تشغيل المحرك أثناء التوقفات القصيرة ، مثل إشارات المرور ، لتوفير استهلاك الوقود وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون. تحتوي هذه البطاريات على تقنيات متقدمة ، مثل حصيرة الزجاج الماصة (AGM) أو البطارية المغمورة المحسنة (IFB) ، مما يعني أنها يمكن أن تبدأ بشكل متكرر للمحركات وتتوقف دون فشل.
مزايا:
توفر بطاريات الرصاص الحمضية لبدء التشغيل أو تشغيل المحرك العديد من المزايا عند استخدامها في المركبات المزودة بتقنية بدء التشغيل. واحدة من المزايا الرئيسية هي تحسين كفاءة استهلاك الوقود. يمكن لهذه البطاريات إعادة تشغيل المحرك بسرعة بعد التوقف وبالتالي تقليل وقت التباطؤ غير الضروري ، مما يؤدي إلى توفير الوقود وخفض الانبعاثات.
إلى جانب ذلك ، تتمتع هذه البطاريات بمقاومة عالية للدوران العميق ، وهي ضرورية لعمليات بدء تشغيل المحرك المستمرة. تحافظ دورة حياتها المحسنة على أداء موثوق به خلال أوقات التشغيل الطويلة ، مما يؤدي إلى طول العمر والفعالية من حيث التكلفة لأصحاب المركبات.
التطبيقات:
يتم تركيب هذه البطاريات فقط في السيارات الحديثة المجهزة بتقنية بدء التشغيل. كوسيلة لتعزيز الاقتصاد في استهلاك الوقود وتقليل محتوى الكربون ، يتم دمج أنظمة بدء التشغيل بشكل متزايد في المركبات. تعتبر بطاريات الرصاص الحمضية لبدء التشغيل أو بدء تشغيل المحرك مهمة في هذه المركبات ، مما يضمن إعادة تشغيل المحرك بسلاسة وموثوقية أثناء التوقف المتكرر.
استنتاج
في الختام ، تأتي بطاريات الرصاص الحمضية في أنواع مختلفة ، كل منها مصمم خصيصا للتطبيقات الدقيقة والاحتياجات الوظيفية. يعتمد اختيار نوع البطارية على عوامل مثل معدل التفريغ واحتياجات ركوب الدراجات وتفضيلات الصيانة وقيود الميزانية. مع استمرار تطور التكنولوجيا ، من المرجح أن تشهد بطاريات الرصاص الحمضية مزيدا من التحسينات ، مما يجعلها حلا قابلا للتطبيق لتخزين الطاقة لسنوات.
