باتری‌های شارژی

 

باتری‌های با قابلیت شارژ مجدد یا «سلول‌های ثانویه» (Secondary Cell) که در بازار بیشتر با نام «باتری شارژی» شناخته می‌شوند، باتری‌هایی هستند که می‌توان چندین بار انرژی الکتریکی ذخیره‌شده در آن‌ها را استفاده و مجددا آن را پر کرد. فرآیند شارژ در این باتری‌ها به‌گونه‌ای است که الکترود فعال مثبت با اکسید شدن، الکترون تولید می‌کند و الکترود منفی با دریافت الکترون کاهش (Redox) می‌یابد و در این میان الکترولیت نقش بافر بین دو الکترود را بازی می‌کند.

اولین مدل‌ باتری‌های شارژی «نرخ خالی شدن شارژ» بسیار بالایی داشتند؛ به‌طوری‌که پیش از اینکه به دست مشتری برسند، روی قفسه‌ی فروشگاه تمام شارژ آن‌ها خالی می‌شد و کاربران قبل از اولین استفاده مجبور بودند آن‌ها را ابتدا شارژ کنند. اما باتری‌های شارژی امروزی همانند برند SIMEANSمعمولا نرخ خالی شدن شارژ بسیار کم‌تری دارند.

ولتاژ ثابت از جمله مهم‌ترین مزیت‌های باتری‌های شارژی نسبت به باتری‌های یک‌بارمصرف است

علاوه بر قابلیت استفاده‌ی مجدد، از جمله مهم‌ترین مزایای باتری‌های شارژی نسبت به باتری‌های یک‌بار مصرف می‌توان به ولتاژ نسبتا ثابت آن‌ها در طول مدت شارژدهی اشاره کرد. همچنین با اینکه قیمت اولیه‌ی باتری‌های شارژی معمولا بسیار گران‌تر از باتری‌های غیر شارژی است؛ اما با توجه به قابلیت شارژ مجدد، هزینه‌ی کلی آن‌ها در درازمدت به‌مراتب از باتری‌های غیر شارژی ارزان‌تر تمام می‌شود.

تفاوت ولتاژ باتری شارژی و قلیایی

 

 

در ادامه با متداول‌ترین تکنولوژی‌های باتری‌های شارژی قلمی آشنا می‌شویم.

باتری‌های نیکل-کادمیوم (NiCd)

مزایا:

· قابلیت شارژ مجدد

· مناسب برای دستگاه‌های نیازمند جریان بالا

معایب:

· تکنولوژی منسوخ‌شده

· کمترین ظرفیت و ولتاژ بین تمامی انواع باتری‌های شارژی

· سمی بودن فلز کادمیوم و امکان ایجاد آلودگی محیط زیستی

باتری‌های NiCd امروزه از جمله انواع منسوخ‌شده‌ی باتری‌های شارژی به‌شمار می‌روند و تقریبا به‌طور کامل با باتری‌های نیکل-هیدرید فلزی (Ni-MH) جایگزین شده‌اند. هرچند باتری‌های NiCd را به‌سختی می‌توان در بازار پیدا کرد؛ اما درصورت وفور موجودی نیز دلیل منطقی برای خرید آن‌ها وجود نداشت. درواقع تنها دلیلی که ممکن است کسی هنوز از این نوع باتری‌ها استفاده کند این است که از مدت‌ها قبل آن‌ها را تهیه کرده باشد

.

باتری نیکل کادیوم

 

 

اگر همچنان از باتری‌های NiCd استفاده می‌کنید، توصیه می‌شود آن‌ها را با باتری‌های Ni-MH جایگزین کنید

ظرفیت باتری‌های قلمی NiCd به ۶۰۰ تا ۱۰۰۰ میلی‌آمپر ساعت می‌رسد و درصورت شارژ نیمه‌کاره، «اثر حافظه» ظرفیت آن‌ها را حتی بیش از این نیز کاهش خواهد داد.

این باتری‌ها با داشتن نرخ دشارژ خودکار ۱۰ درصد در ماه، عمر قفسه‌ی کوتاهی دارند و ولتاژ ۱.۲ ولتی آن‌ها کمترین میزان بین انواع باتری قلمی است. اگرچه باتری‌های قلمی ۱.۲ ولتی را می‌توان در اغلب دستگاه‌هایی که نیاز به باتری ۱.۵ ولتی دارند استفاده کرد؛ اما در بسیاری موارد مانند چراغ قوه‌ها باید انتظار عملکرد ضعیف‌تری از باتری با ولتاژ پایین‌تر داشته باشید.

در انتها اگر همچنان از باتری‌های NiCd استفاده می‌کنید، توصیه می‌شود آن‌ها را با باتری‌های Ni-MH جایگزین کنید.

باتری‌های نیکل-هیدرید فلز (NiMH)

مزایا:

· قابلیت شارژ مجدد

· ظرفیت مناسب

· سمی نبودن

· عملکرد عالی در دستگاه‌های نیازمند جریان بالا

· متداول بودن و سهولت یافتن انواع مختلف باتری و شارژر

معایب:

· ولتاژ ۱.۲ ولتی

· متأثر بودن از اثر حافظه

· بالا بودن نرخ دشارژ خودکار در برخی مدل‌ها

تا اواخر دهه‌ی ۹۰ میلادی باتری‌های نیکل-کادمیوم (NiCd) تقریبا تنها گزینه‌ی موجود باتری شارژی به‌شمار می‌رفتند؛ تا اینکه باتری‌های نیکل-هیدرید فلزی (NiMH) با ظرفیت سه برابری و مواد غیر‌ سمی از راه رسیدند. باتوجه به مزایای باتری‌های NiMH چندان جای تعجب نیست که پس از گذشت مدت کوتاهی از ظهور آن‌ها، باتری‌های NiCd تقریبا به‌طور کامل از بازار ناپدید شدند.

ظرفیت باتری‌های قلمی NiMH بین ۱۲۰۰ تا ۲۷۰۰ میلی‌آمپر ساعت متغیر است و چگالی انرژی آن‌ها با باتری‌های لیتیوم یون برابری می‌کند. جالب است بدانید بسیاری از خودروهای الکتریکیو هیبریدی (مانند تویوتا پریوس) نیز از این نوع باتری‌ برای تأمین انرژی خود استفاده می‌کنند.

اما آنچه باتری‌های NiMH را از باتری‌های متداول غیر شارژی (مانند باتری‌های آلکالاین) متمایز می‌کند، مقاومت درونی اندک آن‌ها و درنتیجه توانایی تأمین جریان بالا بدون افت ظرفیت برای دستگاه‌های پرمصرف است. برای مثال، یک باتری متداول قلمی آلکالاین تحت بار ۲۵ میلی‌آمپری، ظرفیتی برابر با ۲۶۰۰ میلی‌آمپر خواهد داشت؛ اما اگر جریان گرفته‌شده از همین باتری را به ۵۰۰ میلی‌آمپر افزایش دهیم، به‌ دلیل مقاومت داخلی بالای باتری‌های آلکالاین، ظرفیت آن به ۱۳۰۰ میلی‌آمپر ساعت افت خواهد کرد. دوربین‌های دیجیتال مجهز به LCD و فلش‌لایت در مواقعی نیاز به جریان ۱۰۰۰ میلی‌آمپری دارند و باتری‌های NiMH می‌توانند این جریان را بدون افت ظرفیت تأمین کنند. به همین دلیل است که بسیاری از سازندگان دوربین‌ دیجیتال استفاده از باتری‌های NiMH را توصیه و دوربین‌های خود را برای ولتاژ ۱.۲ ولتی این باتری‌ها طراحی می‌کنند.

 

NiMH ساختار باتری شارژی نیکل هیدرید فلز

 

 

ساختار درونی باتری‌های نیکل-هیدرید فلز (NiMH)

مقاومت داخلی پایین باتری‌های NiMH همچنین باعث می‌شود تا ولتاژ آن‌ها برخلاف باتری‌های آلکالاین وابسته به میزان شارژ باقی‌مانده نباشد و تقریبا در تمام طول عمر باتری ثابت باقی بماند. تعداد سیکل‌های شارژ باتری‌های NiMHمعمولا بیشتر از ۱۰۰۰ سیکل است .همان‌طور که در قسمت «اثر حافظه» توضیح دادیم، ظرفیت باتری‌های نیکل-هیدرید فلزی در صورت شارژ کردن باتری نیمه‌پر ممکن است کاهش پیدا کند؛ بنابراین این باتری‌ها را باید تنها درصورت خالی شدن کامل، مجددا شارژ کرد.

باتری‌های نیکل-روی (NiZn)

مزایا:

· قابلیت شارژ مجدد

· مناسب برای دستگاه‌های نیازمند جریان بالا

· عمر بیشتر نسبت به باتری‌های NiMH در برخی مصارف خاص

· ولتاژ بیشتر (۱.۶ ولت) و درنتیجه مناسب‌تر بودن برای چراغ قوه‌ها

معایب:

· صدمه رساندن ولتاژ بالا (۱.۶ ولت) به دستگاه‌های فاقد تنظیم‌کننده‌ی ولتاژ

· نرخ دشارژ خودکار بسیار بالا (۱۳ درصد در ماه)

· کاهش ظرفیت با هر بار شارژ مجدد

· نرخ خرابی بیشتر نسبت به دیگر انواع باتری

· موجود بودن در تنها دو سایز AA و AAA

· کمیاب بودن

در سال ۲۰۰۹ شرکت پاورجنیکس باتری‌های NiZn را به‌عنوان جایگزینی برای باتری‌های NiMH در مصارف نیازمند به ولتاژ بالاتر معرفی کرد. ولتاژ ۱.۶ ولتی این باتری‌ها به آن‌ها کمک می‌کند فلاش دوربین‌های دیجیتال را سریع‌تر شارژ کنند و نور بیش‌تری در اختیار چراغ‌قوه قرار بدهند؛ اما همین ولتاژ می‌تواند به دستگاه‌هایی که فاقد رگولاتور ولتاژ هستند صدمه بزند.

 

باتری نیم قلمی نیکل زینک

 

باتری نیم‌قلمی نیکل-روی (NiZn). توجه کنید که ظرفیت باتری به میلی‌وات ساعت مشخص شده است.

به‌دلیل معایب بسیار زیاد باتری‌های NiZn، پاورجنیکس تنها پس از دو سال، تولید آن را متوقف کرد و هم‌اکنون تنها چند برند چینی باتری‌هایی با این فناوری تولید می‌کنند.

باتری‌های آلکالاین شارژی (RAM)

مزایا:

· قابلیت شارژ مجدد

· نرخ دشارژ خودکار پایین (عمر قفسه‌ی بالا)

معایب:

· عمر سیکلی بسیار پایین

· ظرفیت کم در برخی مدل‌ها

· کاهش یافتن ظرفیت و ولتاژ پس از هر بار شارژ کردن

· مناسب نبودن برای دستگاه‌های نیازمند جریان بالا

· نیاز داشتن به شارژر مخصوص و سرعت شارژ بسیار پایین

· احتمال بسیار بالاتر نشت مواد داخلی نسبت به دیگر انواع باتری

· کمیاب بودن

باتری‌های آلکالاین شارژی یا به اختصار RAM ا(Rechargeable Alkaline Manganese) نوع دیگری از باتری‌های قلیایی هستند که برخلاف نوع یک‌بار مصرف می‌توان آن‌ها را شارژ کرد و مجددا مورد استفاده قرار داد. ظرفیت باتری‌های RAM حدود دوسوم باتری‌های آلکالاین غیر شارژی و نرخ دشارژ خودکار آن‌ها از باتری‌های NiMH کمتر است.

باتری شارژی آلکالاین (RAM)

 RAM-ها برای اولین بار در سال ۱۹۹۲ معرفی شدند و در زمان خود از بهترین انواع باتری قلمی شارژی به‌شمار می‌رفتند؛ اما با آمدن باتری‌های NiMH و بهبود پیدا کردن عمر قفسه‌ی آن‌ها در سال‌های اخیر، تقریبا دیگر دلیلی برای خرید باتری‌های RAM وجود ندارد.

تعداد دفعات شارژ و دشارژ کامل RAM-ها قبل از به پایان رسیدن عمر مفید باتری حدود ۲۰ سیکل کامل است که در مقایسه با تعداد سیکل دیگر انواع باتری‌های شارژی بسیار کم است. RAM-ها همچنین مانند دیگر انواع باتری‌های قلیایی مقاومت درونی بالایی دارند که این ویژگی آن‌ها را برای استفاده در کاربردهایی که به جریان بالای الکتریسیته احتیاج دارند، نامناسب می‌کند.

 

باتری‌های لیتیوم-یون (Li-ion)

مزایا:

· قابلیت شارژ مجدد

· عملکرد فوق العاده در دستگاه‌های نیازمند جریان بالا

معایب:

· استاندارد نبودن ولتاژ (۳.۷ ولت) برای مصارف متداول

· صدمه زدن به دستگاه‌های متداول درصورت استفاده‌ی سهوی

· نیاز داشتن به شارژر مخصوص

· کمیاب بودن

 

باتری شارژی لیتیوم یونی در سایز استاندارد ۱۸۶۵۰

 

باتری‌های شارژی لیتیوم-یونی ۳.۷ ولتی هستند و به‌ندرت در سایز AA و AAA تولید می‌شوند

باتری‌های Li-ion برخلاف تمامی دیگر انواع باتری‌های قلمی که تا اینجا بررسی کردیم، از ولتاژ استاندارد ۱.۲ تا ۱.۵ ولتی استفاده نمی‌کنند. درواقع باتری‌های Li-on بیشتر در سایز استاندارد ۱۸۶۵۰ (بزرگ‌تر از باتری‌های قلمی AA) و برای دستگاه‌های خاصی که با ولتاژ ۳.۷ ولت کار می‌کنند ساخته می‌شوند و نباید از آن‌ها به‌عنوان جایگزینی برای باتری‌های قلمی معمولی استفاده کرد. هرچند فناوری Li-on در دنیای باتری‌های قلمی تقریبا جایی ندارد؛ اما در باتری‌های لپ‌تاپ‌ها، تلفن‌های هوشمند، خودروهای الکتریکی و دیگر مصارف بسیار متداول است.

 

ساختار درونی باتری‌های لیتیوم-یون (Li-ion)

 

دقت داشته باشید که نباید باتری‌های شارژی لیتیوم-یونی را با باتری‌های یک‌بارمصرف لیتیومی اشتباه گرفت.

بهترین فناوری باتری شارژی قلمی

باتوجه به آنچه گفته شد، هنگامی که بحث انتخاب بین باتری‌های شارژی قلمی در میان باشد، باتری‌های NiMH نه‌تنها بهترین، بلکه تقریبا تنها گزینه هستند. به احتمال زیاد به‌جز باتری‌های NiMH هیچ‌کدام از باتری‌هایی را که در بالا به آن‌ها اشاره شد در بازار پیدا نخواهید کرد.

با مشخص شدن پاسخ به این سؤال که کدام فناوری باتری شارژی از بقیه بهتر است، حال دو پرسش جدید به وجود می‌آید. اینکه «چه موقع به‌جای باتری معمولی از باتری شارژی استفاده کنیم؟» و کدام باتری NiMH از بقیه بهتر است؟

 

 

استفاده از باتری‌های غیر شارژی در دستگاه‌های پرمصرف چه از لحاظ اقتصادی و چه از لحاظ زیست‌محیطی توصیه نمی‌شود

پاسخ به پرسش اول به عوامل زیادی بستگی دارد؛ اما به‌طور کلی از لحاظ «اقتصادی» توصیه می‌شود برای دستگاه‌های کم‌مصرف از باتری‌های غیر شارژی و در دستگاه‌های پرمصرف از باتری‌های شارژی استفاده کنید. برای مثال، ساعت دیواری یا ریموت کنترل تلویزیون را درنظر بگیرید. ازآنجایی که این دستگاه‌ها معمولا سالی یک بار نیاز به تعویض باتری دارند، می‌توان از باتری‌های قلمی معمولی با قیمت 3000 تومان یا کمتر در آن‌ها استفاده کرد. درصورتی‌که از یک باتری شارژی 30هزارتومانی در چنین دستگاهی استفاده کنید، ممکن است بیشتر از ۲۰ سال طول بکشد تا خرید شما توجیه اقتصادی پیدا کند؛ هرچند از لحاظ «زیست‌محیطی» استفاده‌ی چندباره از یک باتری شارژی همچنان بهتر از دور انداختن ۲۰ باتری یک‌بارمصرف است.

اما در دستگاه‌های پرمصرف مانند دوربین دیجیتال، دسته‌ی بازی و اسباب‌بازی‌های پرمصرف، استفاده از باتری‌های غیر شارژی نه توجیه اقتصادی دارد و نه زیست‌محیطی.

کدام باتری شارژی NiMH از بقیه بهتر است؟

پاسخ به این سؤال نیز بستگی به مورد استفاده‌ی شما دارد. برای مثال سه حالت زیر را درنظر بگیرید:

· برای دوربین دیجیتال، چراغ قوه یا هر دستگاه پرمصرف دیگری که قرار است هر هفته (یا هر چند هفته) یک بار از آن به مدت طولانی و تحت بار شدید استفاده شود، (برای مثال هنگام طبیعت‌گردی یا قطع متناوب برق) اولین معیار شما هنگام خرید باتری شارژی باید ظرفیت آن و سپس عمر قفسه باشد.

· اگر گیمری هستید که دو روزی یک بار باتری دسته‌ی بی‌سیم خود را عوض می‌کنید، یا اسباب بازی خاصی دارید که هر روز احتیاج به تعویض باتری دارد، هنگام خرید باتری شارژی قبل از هر چیز باید به تعداد سیکل‌هایی که باتری قادر است شارژ و دشارژ شود توجه کنید و سپس به‌عنوان معیار دوم، ظرفیت آن را نیز مد نظر قرار دهید.

· برای موس یا کیبورد بی‌سیمی که معمولا هر شش ماه (یا بیشتر) یک بار احتیاج به تعویض باتری دارد، نرخ دشارژ خودکارِ پایین یا عمر قفسه‌ی بالا از همه چیز مهم‌تر است.

ظرفیت باتری‌های قلمی (AA) شارژی معمولا بین 2100 تا 2600 میلی‌آمپر ساعت است

باتری‌های مختلفی با ظرفیت‌ها، تعداد سیکل و عمر قفسه‌ی متفاوت در بازار وجود دارند که می‌توانید با توجه به آنچه در بالا گفته شد از میان آن‌ها به انتخاب بپردازید. از مورد اعتمادترین برندهای باتری‌ شارژی موجود در بازار ایران می‌توان ,Simeans Eneloop (Panasonic)، Energizer، و Sony اشاره کرد. در این میان، باتری‌های Simeansساخت چین به داشتن بیشترین عمر قفسه بین تمامی انوع باتری‌های شارژی NiMH قلمی شهرت دارند و عمر مفید آن‌ها (از لحاظ تعداد سیکل‌های شارژ) در بعضی مدل‌ها به ۳۰۰۰ سیکل نیز می‌رسد.

توجه داشته باشید ظرفیت باتری‌های قلمی (AA) شارژی معمولا بین ۲۰۰۰ تا ۲۵۰۰ میلی‌آمپر ساعت است و در پرظرفیت‌ترین مدل‌ها به زحمت به ۲۷۰۰ میلی‌آمپر ساعت می‌رسد. باتری‌های با ظرفیت بالای ۳۰۰۰ میلی‌آمپر ساعتی که در بازار وجود دارند همگی تقلبی هستند.