باتری‌های اسیدی (باتری‌های سرب-اسید) از جمله متداول‌ترین و قدیمی‌ترین نوع باتری‌ها هستند که در بسیاری از کاربردها از جمله خودروها، UPSها، و سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر استفاده می‌شوند. در زیر به جزئیات فرآیند تولید و ساخت این نوع باتری‌ها می‌پردازیم:

۱. مواد اولیه

برای تولید باتری‌های اسیدی از مواد زیر استفاده می‌شود:

  • سرب خالص: استفاده از سرب به عنوان الکترود منفی.
  • دی‌اکسید سرب (PbO2): استفاده از این ماده به عنوان الکترود مثبت.
  • اسید سولفوریک (H2SO4): به عنوان الکترولیت اصلی باتری.
  • محفظه باتری: معمولاً از پلاستیک مقاوم ساخته شده تا از نشتی و آسیب‌های جدی جلوگیری کند.

۲. فرآیند ساخت

۱. آماده‌سازی الکترودها

  • ساخت الکترودها :الکترود منفی: سرب خالص یا آلیاژ سرب تولید می‌شود. این ماده به شکل شبکه‌هایی از       تخته‌های سربی درمی‌آید.
  • الکترود مثبت: دی‌اکسید سرب (PbO2) با ترکیب سرب و مواد افزودنی دیگر به شکل صفحات مسطح ساخته می‌شود. این صفحات معمولاً به مقدار زیادی دی‌اکسید سرب پوشیده می‌شوند.

۲. ساخت و مونتاژ

  • مونتاژ الکترودها: الکترودهای منفی و مثبت به طور متناوب درون محفظه باتری قرار می‌گیرند.هر الکترود با یک جداساز عایق (معمولاً از جنس پلی‌پروپیلن) که مانع از تماس الکترودهای مثبت و منفی می‌شود، جدا می‌شود.
  • پر کردن با الکترولیت: پس از قرار دادن الکترودها در محفظه، محفظه با محلول رقیق اسیدسولفوریک پر می‌شود. این الکترولیت به عنوان محیطی برای واکنش‌های شیمیایی عمل می‌کند.

۳. کپسوله کردن و تست

  • بسته‌بندی: پس از پر کردن محفظه با الکترولیت، درب باتری بسته می‌شود. در برخی از مدل‌ها، درب‌ها به گونه‌ای طراحی می‌شوند که امکان نظارت بر سطح الکترولیت وجود داشته باشد.
  • تست نهایی:

باتری‌های ساخته شده تحت آزمایش‌های کیفیت و عملکرد قرار می‌گیرند. تست‌ها شامل چک کردن ولتاژ خالی، ظرفیت و عدم نشتی هستند.

۳. واکنش‌های شیمیایی

در باتری‌های اسیدی، در طی فرآیند شارژ و دشارژ، واکنش‌های شیمیایی زیر اتفاق می‌افتد:

  • هنگام دشارژ : واکنش شیمیایی در باتری طی دشارژ به شکل زیر است:

PbO2+Pb+2H2SO4→2PbSO4+2H2OPbO2+Pb+2H2SO4→2PbSO4+2H2O

  • هنگام شارژ : در این مرحله، واکنش به حالت معکوس برمی‌گردد:

2PbSO4+2H2O→PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O→PbO2+Pb+2H2SO4

۴. ویژگی‌ها و مزایا

  • هزینه پایین: تولید این باتری‌ها به نسبت دیگر انواع باتری‌ها مانند لیتیوم-یون اقتصادی‌تر است.
  • دوام و عمر مفید طولانی: اگر به درستی نگهداری شوند، باتری‌های اسیدی می‌توانند سال‌های طولانی کار کنند.
  • قابلیت بازیافت: بیشتر اجزای باتری‌های اسیدی قابل بازیافت هستند، به ویژه سرب که می‌تواند دوباره در تولید باتری‌ها استفاده شود.
  • شدت جریان شارژ و دشارژ باتری‌های سرب-اسید به گونه‌ای تعریف می‌شود که بر کارایی، عمر و ایمنی این نوع باتری‌ها تأثیر فراوانی دارد. در ادامه، به تشریح این دو مفهوم و عوامل موثر بر آن‌ها می‌پردازیم.
    ۱. شدت جریان شارژ
    شدت جریان شارژ به مقدار جریانی اطلاق می‌شود که هنگام شارژ باتری به آن وارد می‌شود. این میزان جریان باید با دقت تنظیم شده و رعایت شود تا از آسیب به باتری جلوگیری گردد.
    ۱.۱. محاسبه شدت جریان شارژ مناسب: به‌طور کلی، برای باتری‌های سرب-اسید، شدت جریان شارژ باید بین 10 تا 15 درصد ظرفیت باتری (Ah) باشد.برای یک باتری 100Ah، مقدار جریان مناسب برای شارژ حدود 10 تا 15 آمپر خواهد بود.
  • ۱.۲. عوامل موثر بر شدت جریان شارژ
  • نوع باتری : باتری‌های سیلابی (Flooded): قابلیت پذیرش شدت جریان بالاتری (تا 20-25 درصد) را دارند باتری‌های AGM و ژل(Absorbent Glass Mat) : به جریانات کمتری (حدود 10-15 درصد) نیاز دارند.
  • دما: در دماهای بالا، شدت جریان مجاز ممکن است افزایش یابد، اما در دماهای پایین باید کاهش یابد. 
  • وضعیت باتری : باتری‌های قدیمی یا ظرفیت کم ممکن است نیاز به شدت جریان کمتری داشته باشند.
  • ۱.۳. خطرات شدت جریان بالای شارژ 
  • گاز زدن (Gassing): شدت جریان بالا می‌تواند باعث تولید گاز هیدروژن و اکسیژن شود که ممکن است خطرناک باشد.
  • افزایش دما: حرارت اضافی می‌تواند باعث آسیب به باتری شود و عمر باتری را کاهش دهد.
  • ۲. شدت جریان دشارژ
    شدت جریان دشارژ به مقدار جریانی اطلاق می‌شود که از باتری هنگام استفاده و در طی عملکرد خود عبور می‌کند.
    ۲.۱. محاسبه شدت جریان دشارژ
  • شدت جریان دشارژ بسته به کاربرد: باتری‌های سرب-اسید معمولاً برای کاربردهای مختلفی مانند خودرو، سیستم‌های UPS و تجهیزات انرژی تجدیدپذیر استفاده می‌شوند. شدت جریان دشارژ باید بر اساس نیاز واقعی در این سیستم‌ها تعیین گردد.
  • ۲.۲. عوامل موثر بر شدت جریان دشارژ
  • ظرفیت باتری: باتری‌های بزرگتر می‌توانند شدت جریان بیشتری را تحمل کنند. به‌طور کلی، باتری‌ها باید به گونه‌ای انتخاب شوند که بتوانند نیازهای دشارژ را تامین کنند.
  • مدت زمان دشارژ: در صورت دشارژ سریع، باتری به شدت جریان بالاتری نیاز دارد، اما باید دقت شود که این کار به باتری آسیب نرساند.
  • ۲.۳. خطرات شدت جریان بالای دشارژ
  • کاهش بازدهی باتری: دشارژ سریع و شدید می‌تواند باعث کاهش عمر باتری شود.
  • افت ولتاژ: اگر شدت جریان دشارژ بسیار بالاتر از حد مجاز باشد، ممکن است ولتاژ باتری به حدی پایین بیاید که منجر به آسیب به بافت داخلی آن گردد.
  • ۳. بهترین شیوه‌ها برای شارژ و دشارژ استفاده از شارژرهای هوشمند:
  • جریان دشارژ استاندارد: در خودروها، شدت جریان دشارژ معمولاً در محدوده 50 تا 200 آمپر قرار دارد، به عنوان مثال در استارت زدن موتور، جریان می‌تواند به 200 آمپر یا بیشتر نیز برسد.
  • مدت زمان دشارژ (تخلیه ): دشارژ باتری باید تا حد امکان در مدت زمان کوتاه انجام گیرد، زیرا دشارژ عمیق و طولانی مدت می‌تواند به باتری آسیب بزند.
  • ۲. شدت جریان دشارژ  استاندارد باتری‌های سرب-اسید برای UPS 
    • در UPS‌ها، شدت دشارژ معمولاً بین 10 تا 30 آمپر برای عملکرد بهینه و طولانی مدت در نظر گرفته می‌شود. در بعضی موارد، حداکثر شدت دشارژ می‌تواند تا 50 آمپر باشد، بسته به نیاز بار.
  • مدت زمان دشارژ:
    • UPS‌ها معمولاً باید برای دشارژ در مدت زمان طولانی‌تر (مثلاً چند دقیقه تا چند ساعت) طراحی شوند. به همین خاطر، شدت دشارژ باید در محدوده‌ای باشد که باتری بتواند بدون کاهش زیاد ولتاژ  به این مدت زمان پاسخ دهد.
    • نوع باتری: معمولاً از باتری‌های AGM یا ژل در UPS‌ها استفاده می‌شود.
    • ظرفیت باتری: بسته به ظرفیت UPS (معمولاً بین 100Ah تا 200Ah و بیشتر)

جمع‌بندی

باتری‌های اسیدی به عنوان فناوری قدیمی اما مؤثر، همچنان نقشی کلیدی در تأمین انرژی ایفا می‌کنند. فرآیند تولید این باتری‌ها شامل مراحل مختلفی از آماده‌سازی مواد اولیه تا تست نهایی باتری‌ها است. آشنایی با این فرآیند می‌تواند به درک بهتر عملکرد و نگهداری صحیح این باتری‌ها کمک کند. اگر سوالات بیشتری دارید یا نیاز به توضیحات بیشتری دارید، لطفاً بپرسید!