آب دیونیزه: بهترین راه حل برای نگهداری باتری های اسیدی – سربی

آب دیونیزه: بهترین راه حل برای نگهداری باتری های اسیدی – سربی

تعمیر و نگهداری منظم باتری های لیفتراک اسیدی – سربی به حفظ ظرفیت آنها کمک می کند و می تواند عمر و دوام آنها را افزایش دهد. و این در کاهش زمان خرابی ، افزایش بهره وری و هزینه ای که برای تعویض باتری صرف می شود ، نتیجه می دهد.

یکی از مهمترین قسمتهای نگهداری باتری سربی – اسیدی ، نظارت بر سطح آب و افزودن آب در صورت لزوم برای دستیابی به عملکرد بهتر است.

اما نه تنها هر آبی، بعنوان مثال آب لوله کشی حاوی مواد معدنی و نمکی محلول است که می تواند با گذشت زمان روی صفحات باتری جمع شده و باعث کاهش جدی عمر و دوام باتری شود. کلر ، که برای از بین بردن باکتری ها به برخی از منابع آب شهری اضافه می شود ، می تواند همان تأثیر سو بر روی باتری ها داشته باشد.

دیونیزاسیون چیست؟

آبی که از طریق فرآیندی به نام دیونیزاسیون از مواد معدنی و نمک های محلول خالص سازی شده است ، به عنوان بهترین انتخاب برای نگهداری باتری های اسید سرب شناخته می شود. دیونیزاسیون بیشتر از فیلترهای تقطیر یا فیلترهای معمولی ناخالصی های موجود در آب را از بین می برد.

مواد معدنی موجود در آب با ولتاژ سلول تداخل می کنند و تخلیه سلول های باطری را افزایش می دهند ، که به تدریج زمان کارکرد باتری را کوتاه می کند. آب دیونیزه همچنین باعث کاهش خوردگی سلول ها می شود.

با از بین رفتن یون های معدنی ، آب یونیزه شده الکتریسیته را هدایت نمی کند و بنابراین مانع عملکرد باتری نمی شود. اگرچه برخی ممکن است استدلال کنند که حذف محتوای نامطلوب از آب شما در واقع یک محلول (مخلوط) ایجاد نمی کند ، اما قطعاً راه حل مناسب برای استفاده بیشتر از سرمایه باتری اسید سرب است.

چگونه باتری ها را آب کنیم

اینکه چند بار نیاز به پر کردن آب در باتری سرب-اسید دارید ، به تعداد دفعات استفاده از آن بستگی دارد. باتری لیفتراک که تمام روز و هر روز کار می کند ، ممکن است به افزودن آب هفتگی احتیاج داشته باشد. در صورت عدم رسیدگی ، آب تبخیر شده و باعث کاهش کارایی باتری می شود و خطر آسیب دیدن باتری را افزایش می دهد.

بنابراین ، مهم است که پس از شارژ شدن باتری ، سطح آب مرتباً بررسی شود، به خاطر داشته باشید که دمای گرم باعث تبخیر آب می شود.

آب باتری ها باید در هنگام شارژ یا در پایان چرخه شارژ بررسی و مقدار آن باید تا حدود یک چهارم اینچ پایین ته دریچه پر شوند.

برای اطمینان از ایمنی ، اطمینان حاصل کنید که فقط پرسنلی که در زمینه تعمیر و نگهداری باتری سرب اسید آموزش دیده اند می توانند آب باتریها را چک در در صورت نیاز افزایش دهند.

بهتر است از افزودن آب بصورت دستی خودداری کنید. کنترل دستی آب باطری به عنوان متداول ترین و نامناسب ترین عملکرد در تنظیم آب باتری ذکر شده است. در بهترین حالت میتوان، از یک سیستم آبیاری باتری استفاده شود، که در این روش همه سلولها لوله کشی شده و به یک مخزن آب مقطر وصل میشوند و در ضورتیکه آب سلولی کمتر از مقدار معین شود از طریق این خطوط لوله کشی آب سلول مورد نظر به حد متعادل خود بازمیگردد این روش آب دهی باتری ها را در حد صحیح تضمین می کند.

در روش دیگری درب سلولهای باطری دارای LED هایی است که چشمک می زنند تا میزان الکترولیت را خوب نشان دهند و در صورت نیاز به آب خاموش می شوند.

کنترل و تنظیم آب باطری در حد نرمال و استفاده از آب دیونیزه، افزایش عمر و بهبود عملکرد باتری های اسید سرب را فراهم می کند.

باتری سربی-اسیدی لیفتراک

باتری سربی-اسیدی لیفتراک

سعی داریم در این مقاله انواع باتری هایی را مورد بررسی قرار دهیم که بیشترین کاربرد را در صنعت یوپی‌اس دارند. شاید مهمترین ویژگی‌های مورد نیاز در این صنعت قابلیت شارژ مجدد باتری و همچنین امکان دشارژ آن با جریان های بالا باشد به همین دلیل باتری های نیکل-کادمیوم و سربی – اسیدی اصلی ترین سهم را در تامین انرژی برای یوپی‌اس‌ها بر عهده دارند. بیش از یک قرن از اختراع هر دو نوع باتری می‌گذرد و به همین دلیل با گذر زمان و پیشرفت تکنولوژی نمونه‌های مختلفی از هر کدام بوجود آمده است. در این مقاله با پرکاربردترین نوع باتری ها یعنی باتری های سرب اسید آشنا می‌شویم.

باتری های سربی-اسیدی  (Lead-Acid Battery)

باتری سرب اسیدی در سال 1859 برای اولین بار توسط یک فیزیکدان فرانسوی به نام Gaston Planté به عنوان اولین باتری با قابلیت شارژ مجدد بصورت تجاری به بازار عرضه شد. هم اکنون اقبال عمومی به استفاده از این باتری‌ها تا به حدی است که تقریبا 80 درصد از کل مصرف سرب دنیا در ساخت باتری‌های سرب اسیدی استفاده می‌شود.

قیمت نسبتا پایین این نوع از باتری‌ها در مقایسه با سایر باتری‌های مشابه و همچنین قابلیت جریان دهی لحظه‌ای بالای آنها، باتری‌های سرب اسیدی را تبدیل به بهترین انتخاب برای مصارف گونان همچون خودروها، کشتی‌ها، لیفتراک ها و بویژه یوپی اس ها نموده است. البته در کنار این حسن می‌بایست به نقطه ضعف اصلی باتری سرب اسید نیز اشاره نمود:

وزن و حجم بالا

حساسیت و ناپایداری بالاتر باتری سرب اسیدی نسبت به باتری های نیکل کادمیوم در مواردی که باتری بصورت کامل دشارژ می‌شود.

این یک قانون کلی برای هر نوع باتری است که در هر دشارژ کامل، اندکی از ظرفیت باتری از دست می‌رود. البته این مقدار تا هنگامی اندک خواهد بود که باتری در شرایط خوب و ابتدای عمر خود باشد با افزایش عمر باتری و افزوده شدن سیکل های دشارژ، بتدریج مقدار ظرفیت از دست رفته در هر سیکل دشارژ بیشتر خواهد شد. البته لازم به ذکر است که این پدیده در تمام انواع باتری ها دیده می‌شود ولی درجات آن متفاوت است. بطور کلی حساسیت نسبی باتری‌های سرب اسید به دشارژ کامل باعث شده است که حداکثر تعداد سیکل‌های دشارژ کامل یا اصطلاحا “Deep Discharged” آنها حدودا بین 200 تا 300 سیکل باشد. دشارژ عمیق باتری باعث بروز پدیده‌ای به نام “خوردگی شبکه” یا Grid Corrosion، در صفحات قطب مثبت باتری می‌شود که شدیدا در کاهش طول عمر باتری تاثیرگذار است.

شارژ باتری‌های سربی – اسیدی ساده است و حتی به کمک یک منبع ولتاژ نسبتا ساده (مثل دینام خودرو) نیز می‌توان براحتی باتری را شارژ نمود. اما حتما می‌بایست محدودیت‌هایی را در سطح ولتاژ شارژر در نظر گرفت. یکی دیگر از دلایل بروز پدیده خوردگی شبکه قطب مثبت باتری بالا بودن ولتاژ شارژر باتری است. وجود مستمر ولتاژ بیش از 13.7 ولت بر هر باتری (یا ولتاژ 2.28 برای هر سلول باتری)، احتمال بروز پدیده خوردگی قطب مثبت را افزایش می‌دهد، اما اگر برای جلوگیری از وقوع آن ولتاژ شارژر را بیش از حد کاهش دهیم حال پدیده مخرب دیگری بنام سولفاته شدن قطب منفی (Sulfation) رخ خواهد داد که بازهم منجر به کاهش ظرفیت توان دهی باتری می‌شود. لذا در صورتیکه تمایل به استفاده مناسب ازباتری‌های سرب اسیدی وجود داشته باشد می‌بایست حتما از یک شارژر مناسب با در نظر گرفتن کلیه محدودیت‌های این نوع باتری‌ها استفاده نمود.   

ساختار یک باتری سربی – اسیدی

ساختار یک باتری ترکیبی است از مواد شمیایی، نکات الکتریکی، نگهدارنده‌ها وفرم دهنده‌های مکانیکی. بطور کلی می‌توان باتری سرب اسید را متشکل از 4 بخش کلی دانست:

الکترود یا صفحات مثبت که به آنها آند نیز گفته می‌شود. الکترونها در حین دشارژ جذب این قطب یا صفحات می‌شوند. در باتریهای سرب اسیدی ماده شیمیایی عمده تشکیل دهنده صفحات مثبت، اکسید سرب (PbO2) می‌باشد.

الکترود یا صفحات منفی که به آنها کاتد نیز گفته می‌شود. الکترونها در حین دشارژ از این قطب خارج می‌شوند. ماده شیمیایی عمده تشکیل دهنده اکترودهای منفی، سرب (Pb) است. لازم بذکر است که سرب یا اکسید آن از لحاظ مکانیکی قابلیت فرم گیری مناسب ندارند و اغلب به کمک افزودن آلیاژهای مختلف و همچنین شبکه‌های نگهدارنده حالت دهی می‌شوند. ضمنا اصطلاحا آنها را مواد فعال یا Active Material نیز می‌گویند زیرا در اصل واکنش شیمیایی داخل باتری به کمک سرب و اکسید آن صورت می‌گیرد. 

الکترولیت که محیط ما بین دو الکترود را پر می‌کند و در واقع بستری برای عبور شارژ بین الکترودهای مثبت و منفی را فراهم می‌آورد. در باتریهای سرب اسیدی هر دو قطب در محلولی از اسید سولفوریک (H2­SO4) با غلظتی در حدود 25 تا 40 درصد و آب(H2O) با غلظتی در حدود 60 تا 75 درصد، غوطه ور هستند. ترکیب آب و اسید سولفوریک باعث می‌شود که اسید سولفوریک بصورت یونیزه درآمده و به یونهای H+ و HSO4- تبدیل شود.

جداکننده و فاصله دهنده، بخش دیگر باتریهای سرب اسیدی را تشکیل می‌دهند. وظیفه اصلی آنها جدا سازی و ایزوله کردن الکتریکی قطبهای مثبت و منفی از یکدیگر است. بخشی از تکنولوژی ساخت باتریهای سرب اسیدی مربوط به طراحی این ایزولاتورهای الکترومکانیکی است. در بعضی از انواع که از نظر حجم باتری محدودیتی وجود ندارد این ایزولاسیون به کمک ایجاد فاصله فیزیکی بین الکترودها ایجاد می‌شود که باعث ارزانتر شدن باتری ولی افزایش حجم آن می‌شود. انواع مختلفی از جدا کننده‌ها تا بحال ابداع شده‌اند که مرسوم ترین آنها عبارتند از: 

الف) جداکننده‌های PVC که اغلب ترکیبی از آلیاژ سرب و آنتیموان می‌باشند و از نظر هدایت الکتریکی ضعیف‌ترین پاسخ را دارند. 

ب) جداکننده‌های سلولزی که از هدایت الکتریکی نسبی و تخلخل مناسبی برخوردار می‌باشند. 

ج) جداکننده‌های پلی اتیلنی، از استحکام مکانیکی و هدایت مناسبی برخوردار هستند و بدلیل فرم پذیری مناسب خود اغلب بصورت پاکتی الکترودهای مثبت را در بر می‌گیرند. 

د) جدا کننده‌های AGM (Absorptive Glass Mat) تقریبا به عنوان بهترین نوع جدا کننده شناخته می‌شوند و تاثیر بسزایی در برگشت پذیری مجدد اکسیژن آزاد شده در واکنشها به محیط شیمیایی باتریها بازی میکنند. 

ه) جدا کننده‌های Gel تقریبا مشابه AGM می‌باشند و بطور کلی در باتریهایی که از این نوع جدا کننده‌ها استفاده می‌کند الکترولیت بصورت مایع جریان ندارد و اغلب بصورت ژلی یا خمیری شکل است.

بطور کلی اختلاف ولتاژ ایجاد شده به کمک یک سلول از الکترودهای مثبت و منفی در باتریهای سرب اسیدی حدود 2 تا 2.1 ولت است. لذا ولتاژهای بالاتر مثل 12 ولت از اتصال سری چندین سری از الکترودهای مثبت و منفی تشکیل می‌شود. قطر صفحات مثبت و منفی نقش اساسی در تعیین ظرفیت باتری بازی می‌کنند. اغلب برای کاربردهای با ظرفیت معمول همچون باتریهای استارتر خودرو قطر این صفحات کمتر از 2 میلی متر است. اما در کاربردهایی با قابلیت شارژ دهی طولانی قطر الکترودها به 6 میلی متر نیز خواهد رسید.

حال که با کلیت یک باتری سرب-اسید آشنا شده‌اید اجازه دهید که اندکی نیز به روابط شیمیایی داخل باتری و نحوه ایجاد جریان و روند شارژ بپردازیم.

روند دشارژ

در روند دشارژ، الکترود مثبت الکترون را از مدار بیرونی به خود جذب می‌کند. این الکترونها با مواد فعال قطب مثبت و یونهای موجود در الکترولیت، یک واکنش شیمیایی را آغاز می‌کنند.

الکترون دریافت شده از مدار بیرونی و یونهای موجود در الکترولیت اطراف الکترود مثبت باعث تولید سولفات سرب (PbSO4) و آب در اطراف آن می‌شوند. لازم بذکر است که اکسید سرب (PbO2) که ماده فعال قطب مثبت محسوب می‌شود بتدریج به سولفات سرب تبدیل  می‌شود، که در نهایت کل سطح قطب مثبت را فرا خواهد گرفت و در آن هنگام دیگر باتری جریان نمی‌دهد. ضمنا در طی این واکنش خاصیت اسیدی محلول الکترولیت به تدریج از بین می‌رود و آب جای آن را می‌گیرد.  تبدیل اسید به آب یکی از ویژگی‌های جالب باتریهای سرب اسیدی است. همانطور که گفتیم هر چه باتری دشارژ می‌شود اسید باتری مصرف شده و آب جای آن را میگیرد پس می‌توان براحتی با اندازه گیری اسیدیته محلول الکترولیت باتری می‌توان پی به سطح شارژ آن برد. همانطور که شاید دیده باشید بعضی از باتریهای ماشین دارای یک نمایشگر سطح شارژ هستند که در واقع شبیه یک کاغذ تورنسل، سطح اسیدیته را با رنگهای مختلف نشان می‌دهد. یا خیلی از باتری سازها وسیله‌ای شبیه به یک قطره چکان برای اندازه‌گیری کیفیت باتریهای “تر” دارند.

اما  در همین هنگام در مجاورت قطب منفی واکنش دیگری در حال اتفاق است. سرب موجود در قطب منفی با یون های  HSO4-وارد واکنش می‌شود و نتیجه آن تولید سولفات سرب و الکترون آزاد است.

این واکنش را اکسیداسیون سرب نیز می‌نامند.

البته به نکته دقت داشته باشید که مدار بار و باتری از نظر الکتریکی بسته محسوب می‌شوند و هر الکترون تولید شده در قطب منفی پس از عبور از بار به قطب مثبت وارد شده و هر دو واکنش فوق را کاملا امکان پذیرمی‌سازد. مطابق این واکنشها، در انتهای پروسه دشارژ سطح هر دو قطب بطور کامل با سولفات سرب (PbSO4) پوشیده خواهد شد و محیط اسیدی الکترولیت، خاصیت اسیدی خود را از دست می‌دهد.

مولکولهای سولفات سرب علاقه زیادی به تشکیل کریستالهای بزرگ و سخت دارند که پس از تشکیل، بدلیل بزرگی دیگر تمایلی به بازگشت پذیری ندارند و در واکنشهای شارژ شرکت نمی‌کنند. به همین دلیل اغلب توصیه می‌شود که باتریهای سرب اسیدی در حالت دشارژ نگه‌داشته نشوند. این نکته دلیل همان توصیه‌ایست که اسرار دارد، زمان انبارداری باتریهای سرب اسیدی نباید بیشتر از 6 ماه باشد. دلیل آن اینست که محلول الکترولیت باتری و الکترودهای مثبت و منفی حتی در زمانی که باتری به مدار بیرونی متصل نیستند، می‌توانند واکنشهای بالا را درون محیط باتری البته با سرعت کمتری انجام دهند و در نتیجه پس از گذشت مدت زمانی، باتری دشارژ شده و سولفات سرب سطح قطبها را پر می‌کند (همانطور که گفته شد به این پدیده خود دشارژی یا Self Dischargeمی‌گویند). حال اگر باتریها مجددا شارژ نشوند، سولفات سرب تبدیل به کریستالهایی خواهد شد که دیگر در واکنشهای شیمیایی شرکت نمی‌کند وباتری از بین خواهد رفت.

روند شارژ

این روند کاملا عکس روند دشارژ است، در قطب مثبت از ترکیب آب و سولفات سرب، اکسید سرب و یونهای هیدروژن متصاعد می‌شود.

در قطب منفی یونهای هیدروژن تولید شده به همراه سولفات سرب وارد واکنش شده و مجددا سرب و یون HSO4-تولید می‌کنند.

روابط شارژ و دشارژ کاملا عکس یکدیگر بوده و در نتیجه اولا به باتری قابلیت شارژ و دشارژ مداوم را می‌دهند در ثانی از الکترون تولید شده در واکنشها جهت ایجاد جریان مورد نیاز در مصرف کننده‌ها استفاده می‌شود.

البته در کنار این دو واکنش پدیده دیگری نیز در فاز شارژ رخ می‌دهد که در نتیجه منجر به تولید گاز هیدروژن در اطراف قطب منفی و گاز اکسیژن در مجاورت قطب مثبت می‌شود که بدلیل اهمیت زیاد این مطلب به طور گذرا به دلایل بروز آن اشاره میکنیم. این گازها برخلاف یونها، فرار بوده و با خارج شدن از محیط باتری باعث کم شدن آب باتری خواهد شد. اما علاوه برآن اگر چگالی آنها در محیط افزایش یابد این گازها قابلیت انفجار دارند. شاید شنیده باشید که فضای باتری خانه‌ها باید از تهویه مناسبی برخوردار باشند. این پدیده یکی از دلایل لزوم وجود تهویه مناسب است. تنظیم ولتاژ شارژر و بالا نبودن آن تاثیر بسزایی در کنترل این پدیده خواهد داشت. افزایش این گازها، در صورتیکه باتری از نوع آب بندی شده (Sealed Lead Acid) باشد، فشار داخلی باتری را افزایش دهد. در این مقاله فرصت بررسی کامل این پدیده وجود ندارد اما مهمترین عامل آن یونیزه شدن آب به کمک جریان شارژ می‌باشد. همانطور که گفته شد باتری در حالت دشارژ شده سرشار از آب است، برای شارژ آن نیز نیاز به اعمال ولتاژ بیرونی به دو قطب است. همواره بخشی از مولکولهای آب بدلیل وجود این ولتاژ یونیزه شده و گازهای هیدروژن و اکسیژن تولید می‌کنند.

باتری سربی-اسیدی لیفتراک | باتری سربی-اسیدی لیفتراک | باتری سربی-اسیدی لیفتراک | باتری سربی-اسیدی لیفتراک | باتری سربی-اسیدی لیفتراک | باتری سربی-اسیدی لیفتراک | باتری سربی-اسیدی لیفتراک | باتری سربی-اسیدی لیفتراک