بطارية قابلة للشحن

(تم التحويل من Rechargeable battery)
بنك بطاريات يستخدم لإمداد طاقة غير منقطع في مركز بيانات
بطارية الهاتف المحمول ليثيوم بوليمر قابلة للشحن
شاحن بطارية المستهلك الشائع لبطاريات AA و AAA القابلة لإعادة الشحن

بطارية قابلة لإعادة الشحن أو بطارية تخزين أو خلية ثانوية (أو بطاريات تراكمية قديمة) هي نوع من البطاريات الكهربائية التي يمكن شحنها وتفريغها في حمل وإعادة شحنها عدة مرات ، على عكس البطارية التي يمكن التخلص منها أو البطارية الأساسية ، والتي يتم توفيرها بالكامل مشحونة والتخلص منها بعد الاستخدام. يتكون من خلية كهروكيميائية واحدة أو أكثر. يستخدم مصطلح "المركب" لأنه يقوم بتجميع الطاقة وتخزينها من خلال تفاعل كهروكيميائي عكسي. يتم إنتاج البطاريات القابلة لإعادة الشحن في العديد من الأشكال والأحجام المختلفة ، بدءًا من خلايا الأزرار إلى أنظمة الميجاوات المتصلة لتحقيق الاستقرار في شبكة التوزيع الكهربائي. يتم استخدام عدة تركيبات مختلفة من مواد الأقطاب الكهربائية والإلكتروليتات ، بما في ذلك حمض الرصاص والزنك والهواء والنيكل الكادميوم (NiCd) وهيدريد النيكل المعدن (NiMH) والليثيوم أيون (Li-ion) وفوسفات الحديد الليثيوم (LiFePO4) ، وبوليمر ليثيوم أيون (بوليمر ليثيوم أيون).

عادةً ما تكلف البطاريات القابلة لإعادة الشحن في البداية أكثر من البطاريات التي تستخدم لمرة واحدة ، ولكن لها تكلفة إجمالية أقل بكثير للأمتلاك وتأثير بيئي ، حيث يمكن إعادة شحنها بتكلفة منخفضة عدة مرات قبل أن تحتاج إلى استبدالها. تتوفر بعض أنواع البطاريات القابلة لإعادة الشحن بنفس الأحجام والجهد الكهربي مثل الأنواع التي يمكن التخلص منها ، ويمكن استخدامها بالتبادل معها.

يتم استثمار مليارات الدولارات في الأبحاث حول العالم لتحسين البطاريات.[1][2]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

التطبيقات

خلية أسطوانية (18650) قبل التجميع. عدة آلاف منهم (أيون الليثيوم) تشكل بطارية Tesla Model S (انظر Gigafactory).
إلكترونيات مراقبة بطارية الليثيوم أيون (الحماية الزائدة والتفريغ)
بطاريات ليثيوم أيون منتفخة من جهة تصنيع خارجية ربما تحتوي على إلكترونيات مراقبة مصممة بشكل خاطئ

تشمل الأجهزة التي تستخدم البطاريات القابلة لإعادة الشحن مشغلات السيارات والأجهزة الاستهلاكية المحمولة والمركبات الخفيفة (مثل الكراسي المتحركة الآلية وعربات الجولف والدراجات الكهربائية والرافعات الشوكية الكهربائية) والأدوات وإمدادات الطاقة غير المنقطعة ومحطات طاقة تخزين البطاريات. تعمل التطبيقات الناشئة في بطارية الاحتراق الداخلي الهجينة والسيارات الكهربائية على دفع التكنولوجيا لتقليل التكلفة والوزن والحجم وزيادة العمر الافتراضي.[3]

البطاريات القديمة القابلة لإعادة الشحن يتم تفريغها ذاتيًا بسرعة نسبيًا ، وتتطلب الشحن قبل الاستخدام الأول ؛ بعض بطاريات NiMH الأحدث منخفضة التفريغ الذاتي تحتفظ بشحنها لعدة أشهر ، وعادة ما يتم بيعها مشحونة في المصنع لحوالي 70٪ من سعتها المقدرة.

تستخدم محطات طاقة تخزين البطاريات بطاريات قابلة لإعادة الشحن موازنة الحمل (تخزين الطاقة الكهربائية في أوقات انخفاض الطلب للاستخدام خلال فترات الذروة) ولاستخدامات الطاقة المتجددة (مثل تخزين الطاقة المتولدة من المصفوفات الكهروضوئية خلال النهار لاستخدامها في الليل). تعمل موازنة الحمل على تقليل الطاقة القصوى التي يجب أن تكون المحطة قادرة على توليدها ، مما يقلل من تكلفة رأس المال والحاجة إلى محطات توليد الطاقة في الذروة.

وفقًا لتقرير صادر عن مؤسسة البحوث والأسواق ، يتوقع المحللون نمو سوق البطاريات القابلة لإعادة الشحن العالمية بمعدل نمو سنوي مركب قدره 8.32٪ خلال الفترة 2018-2022.[4]

يمكن للبطاريات الصغيرة القابلة لإعادة الشحن تشغيل الأجهزة الإلكترونية المحمولة ، والأدوات الكهربائية ، والأجهزة ، وما إلى ذلك. تعمل البطاريات الثقيلة على تشغيل المركبات الكهربائية ، بدءًا من الدراجات البخارية إلى القاطرات والسفن. يتم استخدامها في توليد الكهرباء الموزعة وأنظمة الطاقة المستقلة.


الشحن والتفريغ

شاحن يعمل بالطاقة الشمسية لبطاريات AA قابلة لإعادة الشحن
للمزيد من المعلومات: Battery charger

أثناء الشحن ، تتأكسد المادة النشطة الموجبة ، وتنتج إلكترونات ، وتختزل المادة السالبة ، وتستهلك الإلكترونات. تشكل هذه الإلكترونات تدفق التيار في الدائرة الخارجية. قد يكون أَلكتروليت بمثابة عازلة بسيطة لتدفق الأيونات الداخلية بين الأقطاب الكهربائية ، كما هو الحال في خلايا الليثيوم أيون والنيكل كادميوم ، أو قد يكون مشاركًا نشطًا في التفاعل الكهروكيميائي ، كما هو الحال في خلايا الرصاص الحمضية.

عادةً ما تأتي الطاقة المستخدمة لشحن البطاريات القابلة لإعادة الشحن من شاحن بطارية يستخدم التيار الكهربائي المتردد ، على الرغم من أن بعضها مجهز لاستخدام منفذ طاقة تيار مستمر 12 فولت للسيارة. يجب أن يكون جهد المصدر أعلى من جهد البطارية لإجبار التيار على التدفق فيه ، ولكن ليس أعلى من ذلك بكثير وإلا قد تتلف البطارية.

تستغرق أجهزة الشحن من بضع دقائق إلى عدة ساعات لشحن البطارية. يتم شحن شواحن "الصامتة" البطيئة بدون جهد كهربائي أو قدرات استشعار درجة الحرارة بمعدل منخفض ، وعادة ما يستغرق 14 ساعة أو أكثر للوصول إلى الشحن الكامل. يمكن لأجهزة الشحن السريعة عادةً شحن الخلايا في غضون ساعتين إلى خمس ساعات ، اعتمادًا على الطراز ، مع أسرع وقت يستغرق أقل من خمس عشرة دقيقة. يجب أن تحتوي أجهزة الشحن السريع على طرق متعددة لاكتشاف متى تصل الخلية إلى الشحن الكامل (التغيير في الجهد الطرفي ، ودرجة الحرارة ، وما إلى ذلك) لإيقاف الشحن قبل حدوث الشحن الزائد الضار أو السخونة الزائدة. غالبًا ما تشتمل أسرع أجهزة الشحن على مراوح تبريد لمنع ارتفاع درجة حرارة الخلايا. قد تشتمل حزم البطاريات المخصصة للشحن السريع على مستشعر درجة الحرارة الذي يستخدمه الشاحن لحماية العبوة ؛ سيكون للمستشعر ملامس كهربائي إضافي واحد أو أكثر.

تتطلب كيميائيات البطاريات المختلفة مخططات شحن مختلفة. على سبيل المثال ، يمكن إعادة شحن بعض أنواع البطاريات بأمان من مصدر جهد ثابت. يجب شحن الأنواع الأخرى بمصدر تيار منظم يتناقص التدريجي مع وصول البطارية إلى جهد مشحون بالكامل. قد يؤدي شحن البطارية بشكل غير صحيح إلى إتلاف البطارية ؛ في الحالات القصوى ، يمكن أن ترتفع درجة حرارة البطاريات أو تشتعل فيها النيران أو تنفث محتوياتها بشكل متفجر.

القطب الموجب والسالب مقابل الأنود والكاثود لبطارية ثانوية

معدل التفريغ

المقالة الرئيسية: Battery (electricity) § C rate

غالبًا ما تتم مناقشة معدلات شحن وتفريغ البطارية من خلال الإشارة إلى معدل التيار "C". معدل C هو المعدل النظري لشحن أو تفريغ البطارية بالكامل في ساعة واحدة. على سبيل المثال ، يمكن إجراء الشحن الضعيف بمعدل C / 20 (أو بمعدل "20 ساعة") ، بينما قد يحدث الشحن والتفريغ النموذجي عند C / 2 (ساعتان لكامل السعة). تختلف السعة المتاحة للخلايا الكهروكيميائية تبعًا لمعدل التفريغ. يتم فقدان بعض الطاقة في المقاومة الداخلية لمكونات الخلية (الألواح ، الإلكتروليت ، الوصلات البينية) ، ومعدل التفريغ محدود بالسرعة التي يمكن أن تتحرك بها المواد الكيميائية في الخلية. بالنسبة لخلايا الرصاص الحمضية ، فإن العلاقة بين الوقت ومعدل التفريغ موصوفة في قانون بيوكيرت ؛ قد تظل خلية حمض الرصاص التي لم تعد قادرة على تحمل جهد طرفي قابل للاستخدام عند تيار عالٍ تتمتع بقدرة قابلة للاستخدام ، إذا تم تفريغها بمعدل أقل بكثير. غالبًا ما تسرد أوراق البيانات الخاصة بالخلايا القابلة لإعادة الشحن سعة التفريغ في 8 ساعات أو 20 ساعة أو أي وقت محدد آخر ؛ يمكن تصنيف خلايا أنظمة الإمداد بالطاقة غير المنقطعة عند تفريغ لمدة 15 دقيقة.

الجهد الطرفي للبطارية غير ثابت أثناء الشحن والتفريغ. بعض الأنواع لها جهد ثابت نسبيًا أثناء التفريغ على قدر كبير من سعتها. تنتج الخلايا القلوية والزنك الكربونية غير القابلة لإعادة الشحن 1.5 فولت عندما تكون جديدة ، ولكن هذا الجهد ينخفض ​​مع الاستخدام. يتم تصنيف معظم بطاريات AA NiMH و AAA عند 1.2 فولت ، ولكن لها منحنى تفريغ مسطح أكثر من القلويات ويمكن استخدامها عادةً في المعدات المصممة لاستخدام البطاريات القلوية.

غالبًا ما تشير الملاحظات الفنية لمصنعي البطاريات إلى الجهد لكل خلية (VPC) للخلايا الفردية التي تتكون منها البطارية. على سبيل المثال ، لشحن بطارية حمض الرصاص 12 فولت (تحتوي على 6 خلايا كل منها 2 فولت) عند 2.3 VPC ، يتطلب جهد 13.8 فولت عبر أطراف البطارية.

الضرر من انعكاس الخلية

إن إخضاع خلية مفرغة لتيار في الاتجاه الذي يميل إلى تفريغها بشكل أكبر إلى النقطة التي تقوم فيها اللأطراف الموجبة والسالبة بتبديل قطبية تسبب حالة تسمى انعكاس الخلية. بشكل عام ، يؤدي دفع التيار عبر الخلية المفرغة بهذه الطريقة إلى حدوث تفاعلات كيميائية غير مرغوب فيها ولا رجعة فيها ، مما يؤدي إلى تلف دائم للخلية. يمكن أن يحدث انعكاس الخلية في ظل عدد من الظروف ، وأكثرها شيوعًا:

  • عندما يتم توصيل بطارية أو خلية بدائرة شحن بطريقة خاطئة.
  • عندما يتم تفريغ شحن بطارية مكونة من عدة خلايا متصلة على التوالي.

في الحالة الأخيرة ، تحدث المشكلة بسبب اختلاف الخلايا في البطارية بقدرات مختلفة قليلاً. عندما تصل خلية واحدة إلى مستوى التفريغ قبل الباقي ، ستجبر الخلايا المتبقية التيار المورور عبر الخلية الفارغة.

تحتوي العديد من الأجهزة التي تعمل بالبطاريات على قطع للجهد المنخفض يمنع حدوث تفريغ عميق قد يتسبب في انعكاس الخلية. تحتوي البطارية الذكية على دارة مراقبة الجهد المدمج في الداخل.

مكن أن يحدث انعكاس الخلية لخلية ضعيفة الشحن حتى قبل تفريغها بالكامل. إذا كان تيار استنزاف البطارية مرتفعًا بدرجة كافية ، يمكن أن تخلق المقاومة الداخلية للخلية انخفاضًا في الجهد المقاوم أكبر من القوة الدافعة الكهربائية الأمامية للخلية. ينتج عن هذا عكس قطبية الخلية أثناء تدفق التيار.[5][6] كلما زاد معدل التفريغ المطلوب للبطارية ، يجب أن تكون الخلايا متطابقة بشكل أفضل ، سواء في نوع الخلية أو حالة الشحن ، من أجل تقليل فرص انعكاس الخلية.

في بعض المواقف ، على سبيل المثال عند تصحيح بطاريات NiCd التي تم شحنها بشكل زائد سابقًا ،[7] قد يكون من المرغوب فيه تفريغ البطارية بالكامل. لتجنب الضرر الناجم عن تأثير انعكاس الخلية ، من الضروري الوصول إلى كل خلية على حدة: يتم تفريغ كل خلية على حدة عن طريق توصيل مقطع تحميل عبر أطراف كل خلية ، وبالتالي تجنب انعكاس الخلية.

التلف أثناء التخزين في حالة التفريغ الكامل

قالب:Disputed sectionالقسم المختلف عليه إذا تم تفريغ البطارية متعددة الخلايا بالكامل ، فغالبًا ما تتعرض للتلف بسبب تأثير انعكاس الخلية المذكور أعلاه. ومع ذلك ، فمن الممكن تفريغ البطارية بالكامل دون التسبب في انعكاس الخلية - إما عن طريق تفريغ كل خلية على حدة ، أو بالسماح للتسريب الداخلي لكل خلية بتبديد شحنتها بمرور الوقت.

حتى إذا تم إحضار الخلية إلى حالة التفريغ الكامل دون انعكاس ، فقد يحدث الضرر بمرور الوقت ببساطة بسبب البقاء في حالة التفريغ. مثال على ذلك هو الكبريتات التي تحدث في بطاريات الرصاص الحمضية التي تُترك على الرف لفترات طويلة. لهذا السبب ، يوصى غالبًا بشحن بطارية من المفترض أن تظل في التخزين ، والحفاظ على مستوى الشحن عن طريق إعادة شحنها بشكل دوري. نظرًا لاحتمال حدوث تلف أيضًا في حالة زيادة شحن البطارية ، فإن المستوى الأمثل للشحن أثناء التخزين يكون عادةً حوالي 30٪ إلى 70٪.

عمق التفريغ

المقالة الرئيسية: Depth of discharge

يتم تحديد عمق التفريغ (DOD) عادة كنسبة مئوية من السعة الاسمية للساعة الأمبيرية ؛ 0٪ عمق التفريغ يعني عدم وجود تفريغ. نظرًا لأن السعة القابلة للاستخدام لنظام البطارية تعتمد على معدل التفريغ والجهد المسموح به في نهاية التفريغ ، يجب أن يكون عمق التفريغ مؤهلاً لإظهار طريقة قياسه. نظرًا للاختلافات أثناء التصنيع وتأثر بمرور الزمن ، يمكن أن يتغير عمق التفريغ للتفريغ الكامل بمرور الوقت أو عدد دورات الشحن.[8] بشكل عام ، سيتحمل نظام البطارية القابلة لإعادة الشحن المزيد من دورات الشحن التفريغ إذا كان عمق التفريغ أقل في كل دورة. يمكن لبطاريات الليثيوم التفريغ إلى حوالي 80 إلى 90٪ من سعتها الاسمية. يمكن لبطاريات الرصاص الحمضية تفريغ حوالي 50-60٪. بينما يمكن لبطاريات التدفق تفريغ 100٪. [9]

عمر واستقرار الدورة

إذا تم استخدام البطاريات بشكل متكرر حتى بدون سوء المعاملة ، فإنها تفقد قدرتها مع زيادة عدد دورات الشحن ، حتى يتم اعتبار أنها وصلت في النهاية إلى نهاية عمرها الإنتاجي. أنظمة البطاريات المختلفة لها آليات مختلفة للتآكل. على سبيل المثال ، في بطاريات الرصاص الحمضية ، لا تتم استعادة كل المواد النشطة إلى اللوحات في كل دورة شحن / تفريغ ؛ في النهاية يتم فقد ما يكفي من المواد لتقليل سعة البطارية. في أنواع الليثيوم أيون ، خاصة عند التفريغ العميق ، يمكن تكوين بعض معدن الليثيوم التفاعلي عند الشحن ، والذي لم يعد متاحًا للمشاركة في دورة التفريغ التالية. قد تفقد البطاريات محكمة الغلق الرطوبة من ألكتروليت السائل ، خاصةً إذا تم شحنها أو تشغيلها في درجة حرارة عالية. هذا يقلل من عمر دورتها.

وقت الشحن

المقالة الرئيسية: Battery charger § C-rate
BYD e6 تاكسي. إعادة الشحن في 15 دقيقة إلى 80 بالمائة

وقت إعادة الشحن عامل مهم لمستخدم منتج يعمل ببطاريات قابلة لإعادة الشحن. حتى إذا كان مصدر طاقة الشحن يوفر طاقة كافية لتشغيل الجهاز وكذلك إعادة شحن البطارية ، يتم توصيل الجهاز بمصدر طاقة خارجي أثناء وقت الشحن. بالنسبة للسيارات الكهربائية المستخدمة في الصناعة ، قد يكون الشحن أثناء نوبات العمل مقبولاً. بالنسبة للسيارات الكهربائية على الطرق السريعة ، فإن الشحن السريع ضروري للشحن في وقت معقول.

لا يمكن إعادة شحن البطارية القابلة لإعادة الشحن بمعدل مرتفع بشكل عشوائي. ستنتج المقاومة الداخلية للبطارية حرارة ، وسيؤدي الارتفاع المفرط في درجة الحرارة إلى إتلاف البطارية أو تدميرها. بالنسبة لبعض الأنواع ، سيكون الحد الأقصى لمعدل الشحن محدودًا بالسرعة التي يمكن أن تنتشر بها المادة النشطة من خلال سائل إلكتروليت. قد ينتج عن معدلات الشحن المرتفعة غاز زائد في البطارية ، أو قد يؤدي إلى حدوث تفاعلات جانبية ضارة تقلل سعة البطارية بشكل دائم. بشكل تقريبي ، ومع العديد من الاستثناءات والتفاصيل ، فإن استعادة السعة الكاملة للبطارية في ساعة واحدة أو أقل تعتبر شحنًا سريعًا. سيتضمن نظام شاحن البطاريات دوائر تحكم وشحن أكثر تعقيدًا من أجل الشحن السريع ، مقارنة بالشاحن المصمم لإعادة الشحن بشكل أبطأ.


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

المكونات النشطة

المكونات النشطة في الخلية الثانوية هي المواد الكيميائية التي تشكل المواد النشطة الموجبة والسالبة ، والإلكتروليت. يتكون كل من القطب الموجب والسالب من مواد مختلفة ، مع إظهار الموجب إمكانية اختزال والسالبة لها إمكانية أكسدة. مجموع هذه الجهود هو جهد الخلية القياسي أو الجهد.

تُعرف الأقطاب الموجبة والسالبة في الخلايا الأولية باسم الكاثود والأنود ، على التوالي. على الرغم من أن هذه الاتفاقية يتم نقلها في بعض الأحيان إلى أنظمة قابلة لإعادة الشحن - خاصة مع خلايا الليثيوم أيون ، بسبب أصولها في خلايا الليثيوم الأولية - إلا أن هذه الممارسة يمكن أن تؤدي إلى الارتباك. في الخلايا القابلة لإعادة الشحن ، يكون القطب الموجب هو القطب السالب عند التفريغ والأنود عند الشحن ، والعكس بالعكس بالنسبة للقطب السالب.

أنواع

انظر أيضاً: List of battery types and Comparison of commercial battery types

تعد بطارية الرصاص الحمضية ، التي اخترعها الفيزيائي الفرنسي جاستون بلانتي عام 1859 ، أقدم نوع من البطاريات القابلة لإعادة الشحن. على الرغم من وجود نسبة منخفضة جدًا من الطاقة إلى الوزن ونسبة منخفضة من الطاقة إلى الحجم ، فإن قدرتها على توفير التيارات عالية الارتفاع تعني أن الخلايا تتمتع بنسبة طاقة إلى وزن كبيرة نسبيًا. هذه الميزات ، إلى جانب التكلفة المنخفضة ، تجعلها جذابة للاستخدام في السيارات لتوفير التيار العالي الذي تتطلبه محركات بدء تشغيل السيارات.

تم اختراع بطارية النيكل كادميوم (NiCd) من قبل فالديمار جانجنر السويدي في عام 1899. وهي تستخدم هيدروكسيد أكسيد النيكل والكادميوم المعدني كأقطاب كهربائية. الكادميوم عنصر سام ، وقد تم حظره في معظم الاستخدامات من قبل الاتحاد الأوروبي في عام 2004. بطاريات النيكل والكادميوم تم استبدالها بالكامل تقريبًا ببطاريات هيدريد النيكل والمعدن (NiMH).

تم تطوير بطارية النيكل والحديد (NiFe) أيضًا بواسطة فالديمار جانجنر في عام 1899 ؛ وقام بتسويقها توماس إديسون عام 1901 في الولايات المتحدة للمركبات الكهربائية وإشارات السكك الحديدية. يتكون من عناصر غير سامة فقط ، على عكس العديد من أنواع البطاريات التي تحتوي على الزئبق السام أو الكادميوم أو الرصاص.

أصبحت بطارية هيدريد النيكل والمعدن (NiMH) متاحة في عام 1989.[10] وهي الآن من الأنواع الاستهلاكية والصناعية الشائعة. تحتوي البطارية على سبيكة ماصة للهيدروجين للقطب السالب بدلاً من الكادميوم.

تم طرح بطارية الليثيوم أيون في السوق في عام 1991 ، وهي الخيار الأمثل في معظم الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية ، حيث تتمتع بأفضل كثافة للطاقة وتقل شحنتها ببطء شديد عند عدم استخدامها.[11] لها عيوب أيضًا ، لا سيما خطر الاشتعال غير المتوقع من الحرارة الناتجة عن البطارية. مثل هذه الحوادث نادرة ، ووفقًا للخبراء ، يمكن تقليلها "من خلال التصميم المناسب والتركيب والإجراءات وطبقات الضمانات" بحيث تكون المخاطر مقبولة.[12]

بطاريات ليثيوم أيون بوليمر (LiPo) خفيفة الوزن ، وتوفر كثافة طاقة أعلى قليلاً من Li-ion بتكلفة أعلى قليلاً ، ويمكن تصنيعها بأي شكل[13] إنها متوفرة ولكنها لم تحل محلبطارية الليثيوم أيون في السوق.[14] يتمثل الاستخدام الأساسي لبطاريات LiPo في تشغيل السيارات والقوارب والطائرات التي يتم التحكم فيها عن بُعد. تتوفر حزم LiPo بسهولة في السوق الاستهلاكية ، في تكوينات مختلفة ، حتى 44.4 فولت ، لتشغيل بعض مركبات R / C وطائرات الهليكوبتر أو الطائرات بدون طيار.[15][16] تحذر بعض تقارير الاختبار من خطر نشوب حريق عند عدم استخدام البطاريات وفقًا للتعليمات.[17] تناقش المراجعات المستقلة للتقنية مخاطر نشوب حريق وانفجار من بطاريات ليثيوم أيون في ظل ظروف معينة لأنها تستخدم إلكتروليتات سائلة.[18]

أنواع تجريبية أخرى

النوع الجهد االكهربىa كثافة الطاقةb قدرةc الطاقة / دولارe التفريغ الذاتي.f كفاءة الشحن دوراتg عمرh
(V) (MJ/kg) (Wh/kg) (Wh/L) (W/kg) (Wh/$) (%/month) (%) (#) (years)
كبريت الليثيوم[19] 2.0 0.94–1.44[20] 400[21] 350 ~1400[22]
أيون الصوديوم[23] 3.6 30 3.3 5000+ جاري الاختبار
طبقة رقيقة من الليثيوم ? 300[24] 959[24] 6000[24] ?p[24] 40000[24]
بروميد الزنك 1.8 0.27–0.31 75–85
الزنك- السيريوم 2.5[25] تحت الاختبار
أكسدة الفاناديوم 1.15-1.55 0.09-0.13 25-35[26] 20%[27] 20,000[28][29] 25 سنة[29]
كبريت الصوديوم 0.54 150 89–92% 2500–4500
ملح مذاب 2.58 0.25–1.04 70–290[30] 160[31] 150–220 4.54[32] 3000+ <=20
الفضة - الزنك 1.86 0.47 130 240
بطارية الكم (أكسيد أشباه الموصلات)[33][34] 1.5-3 500 8000(W/L) 100,000

‡ الاستشهادات مطلوبة لهولاء المتغيرات

ملاحظات

تم تطوير بطارية الليثيوم-الكبريت بواسطة شركة سيون باور في عام 1994.[35] وتزعم الشركة كثافة طاقة فائقة مقارنة بتقنيات الليثيوم الأخرى.[36]

بطارية الأغشية الرقيقة (TFB) هي تحسين لتقنية أيون الليثيوم بواسطة إكسيلاترون.[37] يدعي المطورون زيادة كبيرة في دورات إعادة الشحن إلى حوالي 40000 ومعدلات شحن وتفريغ أعلى ، بمعدل شحن يبلغ 5 درجات مئوية على الأقل. استمرار تفريغ 60 درجة مئوية ومعدل تفريغ ذروة 1000 درجة مئوية وزيادة كبيرة في الطاقة النوعية وكثافة الطاقة.[38]

تُظهر UltraBattery ، وهي بطارية هجينة من حمض الرصاص وحمض فائق السرعة اخترعتها منظمة العلوم الوطنية الأسترالية CSIRO ، عشرات الآلاف من دورات الشحن الجزئية وتفوقت على الخلايا القائمة على حمض الرصاص والليثيوم والـ NiMH التقليدية عند مقارنتها في الاختبار في هذا الوضع ضد التشكيلات الجانبية لإدارة التباين.[39] تمتلك شركة UltraBattery تركيبات على نطاق كيلو وات وميغاواط في أستراليا واليابان والولايات المتحدة الأمريكية ، كما أنها خضعت لاختبارات مكثفة في السيارات الكهربائية الهجينة ، وتبين أنها تدوم أكثر من 100000 ميل من السيارة في الاختبارات التجارية على الطريق في سيارة نقل. يُزعم أن هذه التقنية لها عمر من 7 إلى 10 أضعاف عمر بطاريات الرصاص الحمضية التقليدية في حالة استخدام جزئي عالية السرعة ، مع مزايا تتعلق بالسلامة والبيئة على المنافسين مثل الليثيوم أيون. تشير الشركة المصنعة إلى أن معدل إعادة التدوير بنسبة 100٪ تقريبًا موجود بالفعل للمنتج.

توفر بطارية أيون البوتاسيوم حوالي مليون دورة ، بسبب الاستقرار الكهروكيميائي الاستثنائي لمواد إدخال / استخراج البوتاسيوم مثل الأزرق البروسي.[40]

بطارية أيون الصوديوم مخصصة للتخزين الثابت وتتنافس مع بطاريات الرصاص الحمضية. يهدف إلى انخفاض التكلفة الإجمالية للملكية لكل كيلوواط ساعة من التخزين. يتم تحقيق ذلك من خلال عمر طويل ومستقر. العدد الفعال للدورات يزيد عن 5000 ولا تتلف البطارية بسبب التفريغ العميق. كثافة الطاقة منخفضة نوعًا ما ، إلى حد ما أقل من حمض الرصاص.[بحاجة لمصدر]

البدائل

تعد البطارية القابلة لإعادة الشحن واحدة فقط من عدة أنواع من أنظمة تخزين الطاقة القابلة لإعادة الشحن.[41] توجد عدة بدائل للبطاريات القابلة لإعادة الشحن أو قيد التطوير. بالنسبة للاستخدامات مثل أجهزة الراديو المحمولة ، يمكن استبدال البطاريات القابلة لإعادة الشحن بآليات عمل الساعة التي يتم تعبئتها يدويًا ، ودينامو القيادة ، على الرغم من أنه يمكن استخدام هذا النظام لشحن بطارية بدلاً من تشغيل الراديو مباشرة. قد يتم تشغيل المصابيح اليدوية بواسطة دينامو مباشرة. للنقل وأنظمة الإمداد بالطاقة غير المنقطعة والمختبرات ،تخزن أنظمة تخزين طاقة الحدافة الطاقة في دوار الغزل لتحويلها إلى طاقة كهربائية عند الحاجة ؛ يمكن استخدام مثل هذه الأنظمة لتوفير نبضات كبيرة من الطاقة التي قد تكون غير مقبولة على شبكة كهربائية مشتركة.ommon electrical grid.

تُستخدم أيضًا المكثفات الفائقة - المكثفات ذات القيمة العالية للغاية ؛ تم تقديم مفك براغي كهربائي يتم شحنه في 90 ثانية وسيدفع حوالي نصف عدد البراغي مثل الجهاز الذي يستخدم بطارية قابلة لإعادة الشحن في عام 2007 ،[42] وتم إنتاج مصابيح كهربائية مماثلة. تمشيا مع مفهوم المكثفات الفائقة ، يمكن استخدام بطاريات بيتافولتية كطريقة لتوفير شحنة ضعيفة لبطارية ثانوية ، مما يطيل بشكل كبير من عمر وطاقة نظام البطارية المستخدمة ؛ غالبًا ما يشار إلى هذا النوع من الترتيب على أنه "مصدر طاقة بيتافولتية هجين" من قبل العاملين في الصناعة.[43]

يتم تطوير المكثفات الفائقة للنقل ، باستخدام مكثف كبير لتخزين الطاقة بدلاً من بنوك البطاريات القابلة لإعادة الشحن المستخدمة في المركبات الهجينة. من عيوب المكثفات مقارنة بالبطاريات أن الجهد الطرفي ينخفض ​​بسرعة ؛ المكثف الذي يحتوي على 25٪ من طاقته الأولية المتبقية فيه سيكون له نصف جهده الأولي. على النقيض من ذلك ، تميل أنظمة البطارية إلى أن يكون لها جهد طرفي لا ينخفض ​​بسرعة حتى ينفد تقريبًا. يؤدي انخفاض الجهد الطرفي هذا إلى تعقيد تصميم إلكترونيات الطاقة للاستخدام مع المكثفات الفائقة. ومع ذلك ، هناك فوائد محتملة في كفاءة الدورة والعمر والوزن مقارنةً بالأنظمة القابلة لإعادة الشحن. بدأت الصين في استخدام المكثفات الفائقة في مسارين للحافلات التجارية في عام 2006 ؛ واحد منهم هو الطريق 11 في شنغهاي.[44]

يتم إعادة شحن بطاريات التدفق ، المستخدمة في التطبيقات المتخصصة ، عن طريق استبدال سائل الإلكتروليت. يمكن اعتبار بطارية التدفق نوعًا من خلايا الوقود القابلة لإعادة الشحن.

ابحاث

تتضمن أبحاث البطاريات القابلة لإعادة الشحن تطوير أنظمة كهروكيميائية جديدة بالإضافة إلى تحسين العمر الافتراضي وقدرة الأنواع الحالية.

أنظر أيضا

المصادر

  1. ^ "EU approves 3.2 billion euro state aid for battery research". Reuters (in الإنجليزية). 9 December 2019.
  2. ^ "StackPath". www.tdworld.com. 5 November 2019.
  3. ^ David Linden, Thomas B. Reddy (ed). Handbook of Batteries 3rd Edition. McGraw-Hill, New York, 2002 ISBN 0-07-135978-8 chapter 22.
  4. ^ "Global Rechargeable Battery Market 2018–2022". researchandmarkets.com. April 2018. {{cite web}}: |archive-date= requires |archive-url= (help)CS1 maint: url-status (link)
  5. ^ Sequeira, C.A.C. Solid state batteries Archived 17 سبتمبر 2014 at the Wayback Machine, North Atlantic Treaty Organization, Scientific Affairs Division, pp. 242–247, 254–259
  6. ^ AEROSPACE CORP EL SEGUNDO CA CHEMISTRY AND PHYSICS LAB. Nickel-Cadmium Battery Cell Reversal from Resistive Network Effects: Computer simulations of short-down on a variety of battery configurations Archived 3 مارس 2016 at the Wayback Machine, DTIC Online website.
  7. ^ Zaun, James A. NiCd Batteries do NOT have "memory" Archived 30 ديسمبر 2015 at the Wayback Machine, RepairFAQ.org website, 24 September 1996.
  8. ^ Reddy, Handbook of Batteries page 22-20
  9. ^ "Solar Batteries: Are They Worth It?".{{cite web}}: CS1 maint: url-status (link)
  10. ^ Katerina E. Aifantis et al, High Energy Density Lithium Batteries: Materials, Engineering, Applications Wiley-VCH, 2010 ISBN 3-527-32407-0 page 66
  11. ^ Fowler, Suzanne (21 September 2016). "Samsung's Recall – The Problem with Lithium Ion Batteries". The New York Times. New York. Archived from the original on 5 September 2016. Retrieved 15 March 2016.
  12. ^ Schweber, Bill (4 August 2015). "Lithium Batteries: The Pros and Cons". GlobalSpec. GlobalSpec. Archived from the original on 16 March 2017. Retrieved 15 March 2017.
  13. ^ all-battery.com: Lithium Polymer Batteries Archived 7 فبراير 2015 at the Wayback Machine
  14. ^ "Tattu R-Line 4S 1300mah 95~190C Lipo Pack". Genstattu.com. Archived from the original on 30 August 2016. Retrieved 6 September 2016.
  15. ^ "Lithium Polymer Charging/Discharging & Safety Information". Maxamps. MaxAmps. 2017. Archived from the original on 16 March 2017. Retrieved 15 March 2017. Keep a dry fire extinguisher nearby or a large bucket of dry sand, which is a cheap and effective extinguisher.
  16. ^ "Batteries – LiPo". TrakPower. Hobbico, Inc. Archived from the original on 16 March 2017. Retrieved 15 March 2017. Voltages, cell counts and capacities just right for your kind of racing ... Discharge rates from 50C up to 100C ...Balanced for longer life and achieving the maximum 4.2V/cell
  17. ^ Dunn, Terry (5 March 2015). "Battery Guide: The Basics of Lithium-Polymer Batteries". Tested. Whalerock Industries. Archived from the original on 16 March 2017. Retrieved 15 March 2017. I've not yet heard of a LiPo that burst into flames during storage. All of the fire incidents that I'm aware of occurred during charge or discharge of the battery. Of those cases, the majority of problems happened during charge. Of those cases, the fault usually rested with either the charger or the person who was operating the charger…but not always.
  18. ^ Braga, M.H.; Grundish, N.S.; Murchison, A.J.; Goodenough, J.B. (9 December 2016). "Alternative strategy for a safe rechargeable battery". Energy & Environmental Science. Energy and Environmental Science. 10: 331–336. doi:10.1039/C6EE02888H. Archived from the original on 2 September 2017. Retrieved 15 March 2017.
  19. ^ Lithium_Sulfur Archived 14 ديسمبر 2007 at the Wayback Machine
  20. ^ "Solar plane makes record flight". BBC News. 24 أغسطس 2008. Archived from the original on 25 يوليو 2010. Retrieved 10 أبريل 2010.
  21. ^ Patent 6358643, PolyPlus.com website. Archived 18 مارس 2009 at the Wayback Machine
  22. ^ Research News: A longer life for lithium-sulfur batteries Archived 19 يناير 2016 at the Wayback Machine, Fraunhofer.de website, April 2013.
  23. ^ Bullis, Kevin (18 February 2014). "How to Make a Cheap Battery for Storing Solar Power | MIT Technology Review". Technologyreview.com.
  24. ^ أ ب ت ث ج "the Company". Excellatron. Archived from the original on 8 August 2012. Retrieved 14 August 2012.
  25. ^ Xie, Z.; Liu, Q.; Chang, Z.; Zhang, X. (2013). "The developments and challenges of cerium half-cell in zinc–cerium redox flow battery for energy storage". Electrochimica Acta. 90: 695–704. doi:10.1016/j.electacta.2012.12.066.
  26. ^ "Vanadium Redox Battery". Vrb.unsw.edu.au. Archived from the original on 26 May 2012. Retrieved 14 August 2012.
  27. ^ broken link
  28. ^ The Vanadium Advantage: Flow Batteries Put Wind Energy in the Bank Archived 7 سبتمبر 2008 at the Wayback Machine
  29. ^ أ ب https://www.avalonbattery.com/product/ Avalon Battery Vanadium Flow Battery
  30. ^ "Sumitomo considering marketing new lower-temperature molten-salt electrolyte battery to automakers for EVs and hybrids". Green Car Congress. 11 November 2011. Archived from the original on 18 May 2012.
  31. ^ "mpoweruk.com: Accumulator and battery comparisons (pdf)" (PDF). Retrieved 14 August 2012.
  32. ^ "EVWORLD FEATURE: Fuel Cell Disruptor – Part 2:BROOKS FUEL CELL | CARB | ARB | HYDROGEN | ZEBRA | EV | ELECTRIC". Evworld.com. Archived from the original on 25 May 2012. Retrieved 14 August 2012.
  33. ^ "Study of secondary battery semiconductor" (PDF). Hiroshima University. 25 November 2011. Archived from the original (PDF) on 21 January 2014. Retrieved 18 January 2014.
  34. ^ "Notice of the development of mass production technology of Secondary battery "battenice" based on quantum technology" (PDF). MICRONICS JAPAN. 19 November 2013. Archived from the original (PDF) on 16 January 2014. Retrieved 18 January 2014.
  35. ^ "Sion Power Corporation – Advanced Energy Storage : Welcome". Sionpower.com. Archived from the original on 15 June 2012. Retrieved 14 August 2012.
  36. ^ "Sion Power Corporation – Advanced Energy Storage : Technology Overview". Sionpower.com. Archived from the original on 10 November 2012. Retrieved 14 August 2012.
  37. ^ "Excellatron". Excellatron. 2 June 2010. Archived from the original on 6 August 2012. Retrieved 14 August 2012.
  38. ^ "the Company". Excellatron. Archived from the original on 12 September 2012. Retrieved 14 August 2012.
  39. ^ "Life Cycle Testing and Evaluation of Energy Storage Devices" (PDF). 2 January 2011. Archived (PDF) from the original on 26 December 2014. Retrieved 26 December 2014. {{cite journal}}: Cite journal requires |journal= (help)
  40. ^ Eftekhari, A.; Jian, Z.; Ji, X. (2017). "Potassium Secondary Batteries". ACS Applied Materials & Interfaces. 9 (5): 4404–4419. doi:10.1021/acsami.6b07989. PMID 27714999.
  41. ^ Miller, Charles R. (2012). Illustrated Guide to the NEC. Cengage Learning. p. 445. ISBN 978-1-133-41764-4.
  42. ^ "Capacitor-powered electric screwdriver, 2007". Ohgizmo.com. 24 July 2005. Archived from the original on 7 March 2012. Retrieved 14 August 2012.
  43. ^ Welcome to City Labs Archived 15 فبراير 2016 at the Wayback Machine, CityLabs.net website.
  44. ^ 超级电容公交车专题 (Super capacitor buses topics), 52Bus.com website, August 2006 (in Chinese, archived page).


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

قراءات إضافية

وصلات خارجية

تمّ الاسترجاع من "https://www.marefa.org/w/index.php?title=بطارية_قابلة_للشحن&oldid=2483366"