ملخص كيفية صنع البطارية الجافة

مقدمة

 

البطارية الجافة إسمها العلمى (lead acid battery) اى بطارية الرصاص الحمضية .وللتعرف على البطارية لابد من معرفة مجموعة من التعريفات وهى :

مكونات البطارية وتشغيل

البطاريةهى جهاز يقوم بتحويل الطاقة الكميائية الموجودة فى المواد الفعالة إلى طاقة كهربائية والتى تسمى  بالتفاعل الكهروكميائي . فى حين ان مصطلح البطارية شائع الإستخدام إلا ان العنصر الأساسى فى التفاعل الكهروكميائي هو الخلية ..البطارية تحتوى على إثنان او أكثر من الخلايا يتم توصيلها على التوالى فى علبة واحدة .

الخلايا والبطاريات الأولية والثانوية

البطاريات إما أولية أو ثانوية.البطارية الأولية يمكن إستخدامها مرة واحدة فقط لأن التفاعل الكميائى الذى يولد التيار الكهربى توقف.البطارية الثانوية (خزان الطاقة) يمكن إستخدامها اكثر من مرةتشحن ويعاد إستخدامها .وفى هذه البطارية التفاعل الكميائى الذى يولد التيار الكهربائى يعكس بسهولة ولهذا البطارية تشحن .

البطارية الأولية رخيصة وسهلة الإستخدام ومن أمثلتها ما يستخدم فى الساعات الألعاب الراديو .. الخ .واشهر ما تستخدم به البطارية الثنائية القابلة للشحن هو الإضائة-السيارات-UPSs الطوارء والطاقة الإحتياطية – الأجهزة المحمولة .

مكونات البطارية .

الربع يحتوى على خمسة مكونات رئيسية كما فى الشكل (Figure 1.)

1-القطب السالب يولد الإلكترونات للدائرة او الحمل اثناء عملية التفريغ .فى حالة الشحن الكامل القطب السالب يكون رصاص إسفنجى (Pb).2-والقطب الموجب يستقبل الإلكترونات اثناء التفريغ . وفى الشحن الكامل القطب الموجب يكون ثانى اوكسيد (PbO2)  .

3- وتتم الدائرة بتحرك اليونات عبر الإنحلال الكهربى حمض الكبرتيك المخفف H2SO4  نسبتة التقريبية 25% حامض و75% ماء وذلك فى البطاريةكاملة الشحن . الفواصل وتكون الفواصل بين الأقطاب المختلفة تكون عازلة بين القطب الموجب والسالب وفى حالةتلامس القطبين يحدث short  فى الدائرة وتفقد الشحنةانواع الفواصل تختلف حسب انواع الخلية.ويشترط فيهم جميعا عدم التوصيل وإمكانية نقل الإيونات .والعديد من الفواصل يصنع من البلاستك المسامى او الفيبر الزجاجى-ولها مسميات صناعية (PVC-AGM).

 

البطاريات التى تحتوى على فواصل AGM تسمى AGM batteries واحيانا تسمى starved electrolyte اى المحروم من الإنحلال الكهربى او dry اى الجافة مادة الفيبر جلاس (AGM) مشبعة بنسبة 95% من حمض الكبرتيك ولا يوجد إنغماس او إفراط فى الحمض .. وجميع انواع AGM batteries هى  بطاريات محكمة الإغلاق ذات صمام  ينظم عملية خروج الغاز.الفيبر جلاس يقوم بإحكام عملية التفريغ الذاتى ويجعلها بمعدل 1% إلى 3% كل شهر .وهناك نوع من الفواصل الجيلاتينية تسمى Gel Cell وهى تستخدم ايضا مع البطارية ذات الصمام لتعزيز إمكانية تقليل الغازات الناتجة أثناء الشحن ولهذا معدلات الشحن ستكون محدودة ويجب شحنها بمعدلات ضعيفة ولهذا لا يمكن إستخدامها فى البطاريات التقليدية فى تستخدم فى تطبيقات الـ UPS.

الفولت فى البطارية :

الربع الواحد فى البطارية يمكن له ان يعطي 2 فولت ساعة التشغيل ويعتبر فارغ فى حالة وصولة 1.75 فوت.. فمثلا البطارية 6فولت فى حالة الشحن تكون (6) وتعتبر فارغة عند(5.25).

السعة ومعدل البطارية :

تقاس سعة البطارية بالأمبير /ساعة .وتقاس بتفريغ التيار إلى ان تصل الخلية ألى 1.75 فولت (a battery/cell)عند درجة حرارة 25 مئوية.. ومن الشهر ما تقاس به كفاءة البطارية هو معدل إعادة الشحن .فمثلا معنى ان معدل البطارية 200 امبير/ساعة فى 10-ساعة اى ان البطارية تستقبل 20 امبير كل ساعة حتى 10 ساعات وذلك تحت الظروف القياسية 25O .معدلات الشحن charge rate or C-rate, للبطاريات من 8-10-20 ساعة C/8-C/10-C/20 بطارية الـUPS 8ساعات شحن .

 

 أنواع البطاريات:

فى العموم هناك نوعين من البطاريات الحمضية.وتعمل بنفس الأسلوب وهما

البطارية المغمرة بالماء-او الطاردة(سائلة)

البطارية محكمة الإغلاق .

جميع البطاريات الحمضية تنتج غازي الأوكسجين والهيدروجين من الأكترودات اثناء عملية الشحن ويفر الغاز من البطارية السائلة ولذلك سمت طاردة والمحكمة صممت لكى تحافظ على الغاز .. والجدير بالذكر ان غاز الهيدروجين قابل للإنفجار إذا بلغت حجمة فى الهواء 4% .

أولاً:

 البطارية المغمرة بالماء-او الطاردة(سائلة)

تكون فيها البكات منغمسة فى الحامض وتنشأ الغازات وتهرب من فتحة مصممة لذلك ومن البطاريات المشهورة بطارية العربية .

ثانياُ:

البطارية محكمة الإغلاق(Sealed Lead Acid (SLA) batteries- او Valve Regulated Lead Acid (VRLA) Batteries )  .

هذا النوع يحد مصمم كى يحد من عملية الإنحلال الكهربى ومن عملية التبخر وتسر الغاز وهذا بدورة يطيل عمر البطارية ويقلل عملية الصيانة . وهى تملك صمام يقوم بمنع الغاز من الخروج إذا تجاوز الضغط الداخلى مقدار معين .اثناء عملية الشحن يقوم القطب الموجب بإخراج غاز الأوكسجين ويقوم الصمام بعملية الإمساك بالأوكسجين ومنعة من الخروج وتسمى هذة العملية بـ(إعادة دورة الأوكسجين) وهى تعمل بشكل جيد مالم تتم عملية الشحن بمعدلات   مرتفعه وفى هذة الحالة سوف تهرب الغازات –إرتفاع درجة الحرارة-اوتدمير الخلية أو اعطال ميكانيكية.

وصممت فكرة الصمام لتطبيقات وتطبيقات الاتصالات السلكية واللاسلكية.هذا النوع من البطاريات صمم للتحكم فى الضغط المعروف سلفاً وهو 2-5  psig, ( psig هو وحدة قياس الضغط وهو Pounds per square inch اى واحد بوند على واحد بوصة)..

1 pound = 0.45359237 kilograms

1 inches = 2.54 centimeters

Or

0.18 Kg / 1CM

او طبقأ لتصميم البطارية والصمام .

ورغم أن مصطلح Sealed يعنى انها مختومة ومغلقة ولكن ليس كلها كذلك فهناك انواع تستخدم اساليب واليات للتنفيس عن البطارية فى حالة الضغط الزائد .وفة صيانة البطارية لسنا فى حاجة سوى للماء المقطر فقط ثم إعادة الشحن .جميع انواع الصيانة التى تنطبق على البطاريات السائلة طنطبق على البطارية الجافة او المغلقة .

*** يفضل تجنب إستخدام هذا النوع فى تطبيقات الطاقة البديلة وذلك

 

لأسباب التالية :

حساسيته للحرارة.

مازال تحت التطوير .

اساليب الشحن تحت التطوير .

الغازات المنبعثة :.

البطاريات الرصاص الحمضية السائلة والمنغلقة (sealed lead-acid batteries) الخاضعة لـ VG 96 924   . ينتج الغاز بواسطة تحليل الماء ويمر فى اتجاة مضاد للقطب الكهربى  والتى  ذكرت فى تكنولوجيا

((tech memo N 05 / 86 والتى تقول ان الغاز يستهلك فى البطارية sealed lead-acid batteries. وهذا الغاز يزيد من عمر البطارية .. . ومع ذلك ، فإن هذا الاستهلاك الداخلي للغاز يكون فقط فى حالة الشحن وفى الحمل الزائد فقط !اظهرت القياسات الجديده انه فى حالة البطارية sealed lead-acid batteries مع إستمرارية الشحن فإن كميات الهيدروجين والأوكسجين  المتتابعة تتسرب من خلال صمام الأمان .

المرجع

http://www.sonnenschein.org/Gassing.htm