ما هي بطارية حمض الرصاص؟

اخترعها الطبيب الفرنسي جاستون بلانتفي عام 1859، كان حمض الرصاص أول بطارية قابلة لإعادة الشحن للاستخدام التجاري. على الرغم من عمرها المتقدم، لا تزال كيمياء الرصاص تُستخدم على نطاق واسع اليوم. هناك أسباب وجيهة لشعبيتها. يمكن الاعتماد على حمض الرصاص وغير مكلف على أساس التكلفة لكل واط. هناك عدد قليل من البطاريات الأخرى التي توفر طاقة كبيرة بسعر رخيص مثل حمض الرصاص، وهذا يجعل البطارية فعالة من حيث التكلفة للسيارات وسيارات الجولف والرافعات الشوكية وإمدادات الطاقة البحرية وغير المنقطعة (UPS).

يتكون الهيكل الشبكي لبطارية الرصاص الحمضية من سبيكة الرصاص. الرصاص النقي لين للغاية ولا يدعم نفسه، لذلك يتم إضافة كميات صغيرة من المعادن الأخرى للحصول على القوة الميكانيكية وتحسين الخواص الكهربائية. المضافات الأكثر شيوعًا هي الأنتيمون والكالسيوم والقصدير والسيلينيوم. تُعرف هذه البطاريات غالبًا باسم "الرصاص والأنتيمون" و"الرصاص والكالسيوم".

تؤدي إضافة الأنتيمون والقصدير إلى تحسين التدوير العميق، لكن هذا يزيد من استهلاك المياه ويزيد من الحاجة إلى ذلكمعادلة. يقلل الكالسيوم من التفريغ الذاتي، لكن لوحة الرصاص والكالسيوم الموجبة لها تأثير جانبي يتمثل في النمو بسبب أكسدة الشبكة عند الشحن الزائد. تستخدم بطاريات الرصاص الحمضية الحديثة أيضًا عوامل المنشطات مثل السيلينيوم والكادميوم والقصدير والزرنيخ لخفض محتوى الأنتيمون والكالسيوم.

حمض الرصاص ثقيل وأقل متانة من الأنظمة المعتمدة على النيكل والليثيوم عند التدوير العميق. يؤدي التفريغ الكامل إلى الضغط وكل دورة تفريغ/شحن تحرم البطارية بشكل دائم من كمية صغيرة من السعة. ويكون هذا الفقد بسيطًا عندما تكون البطارية في حالة تشغيلية جيدة، إلا أن الخبو يزداد عندما ينخفض ​​الأداء إلى نصف سعتها الاسمية. تنطبق خاصية التآكل هذه على جميع البطاريات بدرجات مختلفة.

اعتمادًا على عمق التفريغ، يوفر حمض الرصاص لتطبيقات الدورة العميقة ما بين 200 إلى 300 دورة تفريغ/شحن. الأسباب الرئيسية لدورة الحياة القصيرة نسبيًا هي تآكل الشبكة على القطب الموجب، واستنفاد المادة النشطة وتوسيع الصفائح الموجبة. تتسارع ظاهرة الشيخوخة هذه عند درجات حرارة التشغيل المرتفعة وعند سحب تيارات تفريغ عالية.

يعد شحن بطارية حمض الرصاص أمرًا بسيطًا، ولكن يجب مراعاة حدود الجهد الصحيحة. يؤدي اختيار حد الجهد المنخفض إلى حماية البطارية، لكن هذا يؤدي إلى ضعف الأداء ويؤدي إلى تراكم الكبريت على اللوحة السلبية. يعمل حد الجهد العالي على تحسين الأداء ولكنه يشكل تآكلًا في الشبكة على اللوحة الإيجابية. في حين يمكن عكس عملية الكبريت إذا تمت صيانتها في الوقت المناسب، فإن التآكل يكون دائمًا.

حمض الرصاص لا يصلح للشحن السريع وفي معظم الأنواع، يستغرق الشحن الكامل من 14 إلى 16 ساعة. يجب دائمًا تخزين البطارية في حالة الشحن الكامل. يؤدي الشحن المنخفض إلى الكبريت، وهي حالة تحرم البطارية من الأداء. إن إضافة الكربون على القطب السالب يقلل من هذه المشكلة ولكن هذا يقلل من الطاقة المحددة.

يتمتع حمض الرصاص بعمر افتراضي معتدل، لكنه لا يخضع للذاكرة كما هو الحال في الأنظمة القائمة على النيكل، ويعتبر الاحتفاظ بالشحن هو الأفضل بين البطاريات القابلة لإعادة الشحن. في حين أن NiCd يفقد ما يقرب من 40 بالمائة من طاقته المخزنة في ثلاثة أشهر، فإن حمض الرصاص يفرغ ذاتيًا نفس الكمية في عام واحد. تعمل بطارية الرصاص الحمضية بشكل جيد في درجات الحرارة الباردة وتتفوق على بطارية الليثيوم أيون عند التشغيل في ظروف تحت الصفر. وفقًا لـ RWTH، آخن، ألمانيا (2018)، تبلغ تكلفة حمض الرصاص المغمور بالمياه حوالي 150 دولارًا لكل كيلووات في الساعة، وهي واحدة من أقل التكاليف في البطاريات.