باتری سرب اسید چیست؟

توسط پزشک فرانسوی اختراع شد گاستون پلانتهدر سال 1859، اسید سرب اولین باتری قابل شارژ برای استفاده تجاری بود. علیرغم قدمت بالای آن، شیمی سرب امروزه همچنان به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. دلایل خوبی برای محبوبیت آن وجود دارد. اسید سرب قابل اعتماد و ارزان است بر اساس هزینه هر وات. تعداد کمی از باتری‌های دیگر وجود دارند که به ارزانی اسید سرب، انرژی فله را ارائه می‌کنند، و این باعث می‌شود باتری برای خودروها، اتومبیل‌های گلف، لیفتراک‌ها، منابع برق دریایی و برق اضطراری (UPS) مقرون‌به‌صرفه باشد.

ساختار شبکه باتری سرب اسید از آلیاژ سرب ساخته شده است. سرب خالص خیلی نرم است و خود را نگه نمی دارد، بنابراین مقادیر کمی از فلزات دیگر برای بدست آوردن استحکام مکانیکی و بهبود خواص الکتریکی اضافه می شود. رایج ترین افزودنی ها آنتیموان، کلسیم، قلع و سلنیوم هستند. این باتری ها اغلب با نام های سرب-آنتیموان و سرب کلسیم شناخته می شوند.

افزودن آنتیموان و قلع چرخه عمیق را بهبود می بخشد اما این امر مصرف آب را افزایش می دهد و نیاز بهبرابر کردن. کلسیم تخلیه خود را کاهش می دهد، اما صفحه سرب-کلسیم مثبت اثر جانبی رشد به دلیل اکسیداسیون شبکه در هنگام شارژ بیش از حد دارد. باتری‌های اسید سرب مدرن همچنین از عوامل دوپینگ مانند سلنیوم، کادمیوم، قلع و آرسنیک برای کاهش محتوای آنتیموان و کلسیم استفاده می‌کنند.

اسید سرب سنگین است و در هنگام چرخه عمیق نسبت به سیستم های مبتنی بر نیکل و لیتیوم دوام کمتری دارد. تخلیه کامل باعث فشار می شود و هر چرخه تخلیه/شارژ به طور دائم مقدار کمی از ظرفیت باتری را از بین می برد. این اتلاف در شرایطی که باتری در شرایط کارکرد خوبی است، اندک است، اما زمانی که عملکرد به نصف ظرفیت اسمی کاهش یابد، محو شدن آن افزایش می‌یابد. این ویژگی فرسودگی برای همه باتری ها در درجات مختلف اعمال می شود.

بسته به عمق تخلیه، اسید سرب برای کاربردهای چرخه عمیق 200 تا 300 سیکل تخلیه/شارژ را ارائه می دهد. دلایل اولیه برای چرخه نسبتا کوتاه آن خوردگی شبکه روی الکترود مثبت، تخلیه مواد فعال و گسترش صفحات مثبت است. این پدیده پیری در دمای عملیاتی بالا و هنگام کشیدن جریان‌های تخلیه بالا تسریع می‌شود.

شارژ باتری سرب اسید ساده است، اما محدودیت های ولتاژ صحیح باید رعایت شود. انتخاب یک محدودیت ولتاژ پایین باتری را محافظت می کند، اما این عملکرد ضعیفی ایجاد می کند و باعث تجمع سولفاته روی صفحه منفی می شود. محدودیت ولتاژ بالا عملکرد را بهبود می بخشد اما خوردگی شبکه را روی صفحه مثبت ایجاد می کند. در حالی که در صورت سرویس دهی به موقع می توان سولفاتاسیون را معکوس کرد، خوردگی دائمی است.

اسید سرب برای شارژ سریع مناسب نیست و در اکثر انواع، شارژ کامل 14 تا 16 ساعت طول می کشد. باتری باید همیشه در حالت شارژ کامل ذخیره شود. شارژ کم باعث سولفاته شدن می شود، وضعیتی که عملکرد باتری را از بین می برد. افزودن کربن روی الکترود منفی این مشکل را کاهش می دهد اما انرژی ویژه را کاهش می دهد.

اسید سرب طول عمر متوسطی دارد، اما مانند سیستم‌های مبتنی بر نیکل تحت حافظه نیست و حفظ شارژ در بین باتری‌های قابل شارژ بهتر است. در حالی که NiCd تقریباً 40 درصد از انرژی ذخیره شده خود را در سه ماه از دست می دهد، اسید سرب در یک سال به همان میزان خود تخلیه می شود. باتری سرب اسید در دماهای سرد به خوبی کار می کند و در شرایط زیر صفر نسبت به لیتیوم یون برتری دارد. با توجه به RWTH، آخن، آلمان (2018)، هزینه اسید سرب غرقابی حدود 150 دلار در هر کیلووات ساعت است، که یکی از کمترین ها در باتری است.