صنعت باتری و چشم انداز ارزش بازار
صنعت باتری از جمله صنایعی است که با ظهور و اختراع اولین باتری، دنیای پیرامون انسان را متحول کرد و ردپای آن در سایر صنایع نیز به چشم می‌خورد. در این گزارش، نگاهی مختصر به تغییرات در صنعت باتری، انواع باتری¬ها و ارزش بازار این صنعت طی سال¬های آتی خواهیم پرداخت.
باتری ها به طور کلی در دو نوع شارژ نشدنی (اولیه) و شارژ شدنی (ثانویه) تولید می شوند. در دسته بندی انواع باتری به لحاظ شکل و کاربرد می توان به موارد زیر اشاره کرد:
-
باتری های خورشیدی
-
باتری هایی که توانایی تأمین یک جریان ثابت برای مدت طولانی را داشته باشند مانند باتری های مورد استفاده در ups، لپ تاپ و موبایل، باتری هایی که جریان زیاد را در مدت زمان کوتاه تأمین کنند، مانند باتری های اتومبیل، موتور سیکلت و لیفتراک.
-
باتری های سامانه های حفاظتی، روشنایی، امنیتی و سامانه های کنترل که باید دارای عمر و پایداری بالایی باشند.
-
باتری های ارزان قیمتی که جهت مصارف عمومی ساخته شده اند. همان باتری های قلمی و نیم قلمی (استوانه ای) پر کاربرد.
-
باتری ها سکه ای و باتری های پشتیبان که می توانند جریان کمی را برای مدت زمان خیلی طولانی تأمین کنند.
باتری ها از لحاظ مواد اولیه نیز دسته بندی می شوند. علی رغم اینکه باتری های اولیه معایب محیط زیستی دارند، اما امکان ذخیره سازی انرژی بیشتری را فراهم می آورند و طول عمر آن ها نسبت به باتری های قابل شارژ با ابعاد مشابه بسیار بیشتر است. سه نوع اصلی از باتری های اولیه عبارتند از:
-
باتری های کربن-روی
-
آلکالین
-
لیتیومی (سولفید لیتیم-آهن و دی اکسید لیتیم- منگنز). از آنجا که هیچ مایعی در این باتری ها وجود ندارد، اغلب این باتری ها را به عنوان سلول های خشک می شناسند. رایج ترین باتری های قابل شارژ عبارتند از اسید سرب، لیتیوم-یون، نیکل-کادمیوم و نیکل هیدرید فلز. جدول زیر ویژگی های این نوع باتری ها را با یکدیگر مقایسه کرده است.
-
اسید سرب: این قدیمی ترین سیستم باتری قابل شارژ است. مقاوم و با دوام بوده و قیمت این باتری ها مقرون به صرفه است، اما دارای انرژی ویژه پایین و تعداد سیکل پذیری محدود است. هر سلول از این باتری متشکل از یک الکترود فلزی سربی « اسفنجی» (منفی)، یک الکترود دی اکسید سربی (مثبت) و الکترولیت اسید سولفوریک است. از معایب این باتری ها می توان به وزن بسیار سنگین و حجم نسبتاً بزرگ این باتری ها اشاره کرد و به طور کلی در خودرو ها و اینورتر ها استفاده می شوند. این باتری ها مقرون به صرفه هستند.
-
نیکل کادمیوم: NiCd فناوری این باتری ها کاملاً بالغ شده است و دارای طول عمر طولانی، جریان تخلیه بالا و تحمل دمایی بالایی دارند. این باتری ها یکی از مقاوم ترین و بادوام ترین باتری ها محسوب شده است. کاربرد های اصلی ابزار های برقی، تجهیزات پزشکی، هوانوردی و یو پی اس هستند. به دلیل نگرانی های زیست محیطی، NiCd در حال جایگزینی با مواد شیمیایی دیگر است، اما به دلیل سابقه ایمنی خوب، وضعیت خود را در هواپیما حفظ می کند. در مقایسه با انواع دیگر باتری های قابل شارژ، باتری های Ni-Cd چرخه عمر و عملکرد مناسبی را در دمای پایین با ظرفیت مناسب ارائه می دهند اما مهمترین مزیت آن ها توانایی ارائه ظرفیت کامل نامی خود با سرعت تخلیه بالا است. مهم ترین ایراد این باتری ها اثر حافظه است.
-
نیکل-هیدرید فلز NiMH: به عنوان جایگزینی برای NiCd عمل می کند زیرا فلزات سمی ملایمی دارد و انرژی ویژه بالاتری را ارائه می دهد.
-
لیتیوم یون: لیتیوم در آند باتری، الکترود با بار مثبت و کاتد که الکترود با بار منفی است ذخیره می شود. یک الکترولیت مایع یا جداکننده، یون های لیتیوم با بار مثبت را بین آند و کاتد منتقل می کند که حرکت آن به ایجاد الکترون های آزاد در آند کمک می کند. لیتیوم یون جایگزین بسیاری از کاربرد هایی شده است که قبلاً توسط باتری های مبتنی بر سرب و نیکل استفاده می شد. به دلیل نگرانی های ایمنی، Li-ion به مدار حفاظتی نیاز دارد. این باتری نسبت به سایر باتری ها گران تر است، اما تعداد چرخه بالا و نگهداری کم هزینه هر چرخه را نسبت به بسیاری از مواد شیمیایی دیگر کاهش می دهد.
جدول ویژگی های متداول ترین انواع باتری قابل شارژ را با هم مقایسه می کند. لازم به ذکر است، باتری های یون لیتیوم تجاری انواع مختلفی دارند که مواد فعال آن ها می تواند کبالت، منگنز، فسفات و تیتانات باشد.
Specifications |
Lead Acid |
NiCd |
NiMH |
Li-ion |
||
Cobalt |
Manganese |
Phosphate |
||||
Specific Energy Density (Wh/kg) |
30-50 |
45-80 |
60-120 |
150-190 |
100-135 |
90-120 |
Internal Resistance (mΩ) |
< 100
|
100-200
|
200-300
|
150-300
|
25-75
|
25-50
|
Life Cycle (80% discharge) |
200-300 |
1000 |
300-500 |
500-1.000 |
500-1.000 |
1.000-2.000 |
Fast-Charge Time |
8-16h |
1h typical |
2-4h |
2-4h |
1h or less |
1h or less |
Overcharge Tolerance |
High |
Moderate |
Low |
Low. Cannot tolerate trickle charge |
||
Self-Discharge/month (room temp) |
5% |
20% |
30% |
< 10% |
||
Cell Voltage (nominal) |
2V |
1.2V |
1.2V |
3.6V |
3.8V |
3.3V |
Charge Cutoff Voltage (V/cell) |
2.40
|
Full charge detection
|
4.20 |
3.60 |
||
Discharge Cutoff Voltage (V/cell, 1C) |
1.75 |
1.00 |
2.50-3.00 |
2.80 |
||
Peak Load Current
|
5C
|
20C
|
5C
|
> 3C
|
> 30C
|
> 30C
|
Charge Temperature |
-20 to 50° C
|
0 to 45° C
|
0 to 45° C
|
|||
Discharge Temperature |
-20 to 50° C
|
-20 to 65° C
|
-20 to 60° C
|
|||
Maintenance Requirement |
3-6 Months
|
30-60 days
|
60-90 days
|
Not required |
||
Safety Requirements |
Thermally stable |
Thermally stable, fuse protection common |
Protection circuit mandatory |
|||
In Use Since |
Late 1800s |
1950 |
1990 |
1991 |
1996 |
1999 |
Toxicity |
Very High |
Very High |
Low |
Low |
||
ارسال به دوستان