بطارية CSPower الرصاصية الكربونية - التكنولوجيا والمزايا
مع تطور المجتمع، تتزايد الحاجة إلى تخزين الطاقة باستخدام البطاريات في مختلف المناسبات الاجتماعية. خلال العقود القليلة الماضية، حققت العديد من تقنيات البطاريات تقدماً ملحوظاً، وواجه تطوير بطاريات الرصاص الحمضية العديد من الفرص والتحديات. في هذا السياق، تعاون العلماء والمهندسون لإضافة الكربون إلى المادة الفعالة السالبة في بطاريات الرصاص الحمضية، فكانت النتيجة بطارية الرصاص الكربونية، وهي نسخة مطورة من بطاريات الرصاص الحمضية.
بطاريات الرصاص والكربون هي شكل متطور من بطاريات الرصاص الحمضية المنظمة بالصمامات، وتستخدم قطبًا سالبًا مصنوعًا من الكربون وقطبًا سالبًا مصنوعًا من الرصاص. يؤدي الكربون الموجود في القطب السالب وظيفة مكثف أو "مكثف فائق" يسمح بالشحن والتفريغ السريعين، بالإضافة إلى إطالة عمر البطارية في مرحلة الشحن الأولية.
لماذا يحتاج السوق إلى بطاريات الرصاص والكربون???
- * أنماط فشل بطاريات الرصاص الحمضية ذات الألواح المسطحة بتقنية VRLA في حالة دورات الشحن والتفريغ المكثفة
أكثر أنماط الأعطال شيوعاً هي:
- تليين أو تساقط المادة الفعالة. أثناء التفريغ، يتحول أكسيد الرصاص (PbO2) الموجود على اللوح الموجب إلى كبريتات الرصاص (PbSO4)، ثم يعود إلى أكسيد الرصاص أثناء الشحن. يؤدي تكرار دورات الشحن والتفريغ إلى تقليل تماسك مادة اللوح الموجب نظرًا لارتفاع حجم كبريتات الرصاص مقارنةً بأكسيد الرصاص.
– تآكل شبكة الصفيحة الموجبة. يتسارع تفاعل التآكل هذا في نهاية عملية الشحن بسبب وجود حمض الكبريتيك الضروري.
- كبرتة المادة الفعالة في اللوح السالب. أثناء التفريغ، يتحول الرصاص (Pb) الموجود في اللوح السالب إلى كبريتات الرصاص (PbSO4). عند ترك البطارية في حالة شحن منخفضة، تنمو بلورات كبريتات الرصاص على اللوح السالب وتتصلب، مكونةً طبقةً غير منفذة لا يمكن إعادة تحويلها إلى مادة فعالة. والنتيجة هي انخفاض سعة البطارية حتى تصبح غير صالحة للاستخدام.
- * يستغرق شحن بطارية الرصاص الحمضية وقتًا
يُفضّل شحن بطارية الرصاص الحمضية بمعدل لا يتجاوز 0.2C، ويجب أن تستغرق مرحلة الشحن الرئيسية ثماني ساعات من الشحن الامتصاصي. زيادة تيار الشحن وجهد الشحن تُقلّل وقت إعادة الشحن، لكنها تُقلّل من عمر البطارية بسبب ارتفاع درجة الحرارة وتسارع تآكل اللوح الموجب نتيجةً لارتفاع جهد الشحن.
- * الرصاص الكربوني: أداء أفضل في حالة الشحن الجزئي، وعدد دورات شحن أكبر، وعمر أطول، وكفاءة أعلى في دورة الشحن العميق
إن استبدال المادة الفعالة للوحة السالبة بمركب من الرصاص والكربون يقلل من الكبرتة ويحسن من قدرة اللوحة السالبة على استقبال الشحنة.
تكنولوجيا بطاريات الرصاص والكربون
معظم البطاريات المستخدمة توفر شحنًا سريعًا خلال ساعة أو أكثر. وأثناء شحنها، تستمر البطاريات في إنتاج الطاقة، مما يجعلها قابلة للاستخدام حتى في حالة الشحن الكامل، وبالتالي يزيد من عمرها الافتراضي. إلا أن مشكلة بطاريات الرصاص الحمضية تكمن في سرعة تفريغها وطول مدة شحنها.
يعود السبب في استغراق بطاريات الرصاص الحمضية وقتًا طويلاً لاستعادة شحنتها الأصلية إلى ترسبات كبريتات الرصاص على أقطاب البطارية ومكوناتها الداخلية الأخرى. يتطلب هذا الأمر معادلة دورية للكبريتات من الأقطاب ومكونات البطارية الأخرى. يحدث ترسب كبريتات الرصاص مع كل دورة شحن وتفريغ، ويؤدي فائض الإلكترونات الناتج عن الترسب إلى إنتاج الهيدروجين، مما ينتج عنه فقدان الماء. تتفاقم هذه المشكلة بمرور الوقت، وتبدأ ترسبات الكبريتات بتكوين بلورات تُضعف قدرة القطب على استقبال الشحنة.
يُظهر القطب الموجب لنفس البطارية نتائج جيدة رغم وجود نفس رواسب كبريتات الرصاص، مما يُشير بوضوح إلى أن المشكلة تكمن في القطب السالب. وللتغلب على هذه المشكلة، قام العلماء والمصنّعون بإضافة الكربون إلى القطب السالب (الكاثود). تُحسّن إضافة الكربون من قدرة البطارية على استقبال الشحن، مما يُزيل الشحن الجزئي ويُقلل من تآكل البطارية الناتج عن بقايا كبريتات الرصاص. بإضافة الكربون، تبدأ البطارية بالعمل كمكثف فائق، مما يُوفر خصائصه لتحسين أدائها.
تُعدّ بطاريات الرصاص والكربون بديلاً مثالياً للتطبيقات التي تستخدم بطاريات الرصاص الحمضية، مثل تطبيقات التشغيل والإيقاف المتكرر وأنظمة الهجينة الصغيرة/الخفيفة. قد تكون بطاريات الرصاص والكربون أثقل وزناً مقارنةً بأنواع البطاريات الأخرى، لكنها اقتصادية، ومقاومة لدرجات الحرارة القصوى، ولا تتطلب أنظمة تبريد. على عكس بطاريات الرصاص الحمضية التقليدية، تعمل بطاريات الرصاص والكربون بكفاءة عالية ضمن نطاق شحن يتراوح بين 30 و70% دون خطر ترسب الكبريتات. تفوقت بطاريات الرصاص والكربون على بطاريات الرصاص الحمضية في معظم الوظائف، إلا أنها تعاني من انخفاض في الجهد عند التفريغ، كما هو الحال في المكثفات الفائقة.
أعمال البناء لـسي إس باوربطارية رصاص كربون سريعة الشحن ذات دورة عميقة
ميزات بطارية الرصاص والكربون ذات دورة الشحن العميق السريع
- يجمع بين خصائص بطارية الرصاص الحمضية والمكثف الفائق
- تصميم خدمة طويل الأمد، وأداء ممتاز في حالات الشحن والتفريغ، وأداء دوري ممتاز.
- طاقة عالية، شحن وتفريغ سريع
- تصميم شبكي فريد ولصق الرصاص
- تحمل درجات الحرارة القصوى
- قادر على العمل في درجات حرارة تتراوح بين -30 درجة مئوية و -60 درجة مئوية
- قدرة استعادة التفريغ العميق
مزايا بطارية الرصاص والكربون ذات الشحن السريع والدورة العميقة
لكل بطارية استخدامها المحدد حسب تطبيقاتها، ولا يمكن وصفها بأنها جيدة أو سيئة بشكل عام.
قد لا تكون بطارية الرصاص والكربون أحدث تقنيات البطاريات، لكنها توفر مزايا رائعة لا تتوفر حتى في أحدث تقنيات البطاريات. فيما يلي بعض هذه المزايا:
- l انخفاض الكبرتة في حالة التشغيل بشحن جزئي.
- انخفاض جهد الشحن وبالتالي كفاءة أعلى وتآكل أقل للوحة الموجبة.
- والنتيجة الإجمالية هي تحسين عمر الدورة.
أظهرت الاختبارات أن بطاريات الرصاص الكربونية لدينا تتحمل ما لا يقل عن 800 دورة شحن وتفريغ بنسبة 100%.
تتكون الاختبارات من تفريغ يومي إلى 10.8 فولت مع I = 0.2C₂₀، مع فترة راحة لمدة ساعتين تقريبًا في حالة التفريغ، ثم إعادة شحن مع I = 0.2C₂₀.
- l ≥ 1200 دورة @ 90% DoD (التفريغ إلى 10.8 فولت مع I = 0.2C₂₀، مع فترة راحة لمدة ساعتين تقريبًا في حالة التفريغ، ثم إعادة الشحن مع I = 0.2C₂₀)
- l ≥ 2500 دورة @ 60% DoD (التفريغ خلال ثلاث ساعات مع I = 0.2C₂₀، على الفور عن طريق إعادة الشحن عند I = 0.2C₂₀)
- l ≥ 3700 دورة @ 40% DoD (تفريغ خلال ساعتين مع I = 0.2C₂₀، على الفور عن طريق إعادة الشحن عند I = 0.2C₂₀)
- يُعدّ تأثير التلف الحراري ضئيلاً في بطاريات الرصاص والكربون نظرًا لخصائص الشحن والتفريغ الخاصة بها. فالخلايا الفردية بعيدة كل البعد عن مخاطر الاحتراق أو الانفجار أو ارتفاع درجة الحرارة.
- تُعدّ بطاريات الرصاص والكربون خيارًا مثاليًا لأنظمة الطاقة المتصلة بالشبكة والمنفصلة عنها. هذه الميزة تجعلها خيارًا جيدًا لأنظمة الطاقة الشمسية نظرًا لقدرتها العالية على تفريغ التيار.
بطاريات الرصاص والكربونVSبطارية حمض الرصاص محكمة الإغلاق، بطاريات الجل
- تتميز بطاريات الرصاص والكربون بقدرتها الأفضل على العمل في حالات الشحن الجزئي. تعمل بطاريات الرصاص العادية بكفاءة عالية وتدوم لفترة أطول عند اتباع نظام شحن كامل ثم تفريغ كامل ثم شحن كامل؛ فهي لا تستجيب جيدًا للشحن في أي حالة بين الشحن الكامل والتفريغ الكامل. بينما تعمل بطاريات الرصاص والكربون بشكل أفضل في نطاقات الشحن الأكثر غموضًا.
- تستخدم بطاريات الرصاص والكربون أقطابًا سالبة فائقة السعة. وتعتمد هذه البطاريات على قطب موجب قياسي من نوع الرصاص وقطب سالب فائق السعة. يُعدّ هذا القطب فائق السعة عنصرًا أساسيًا في إطالة عمر بطاريات الكربون. يتعرض القطب القياسي من نوع الرصاص لتفاعل كيميائي بمرور الوقت نتيجة عمليات الشحن والتفريغ. يقلل القطب السالب فائق السعة من تآكل القطب الموجب، مما يُطيل عمر القطب نفسه، وبالتالي يُطيل عمر البطاريات.
- تتميز بطاريات الرصاص والكربون بمعدلات شحن/تفريغ أسرع. تتراوح معدلات الشحن/التفريغ القصوى لبطاريات الرصاص القياسية بين 5% و20% من سعتها المقدرة، مما يعني إمكانية شحنها أو تفريغها لمدة تتراوح بين 5 و20 ساعة دون أي ضرر طويل الأمد. أما بطاريات الرصاص والكربون، فلها معدل شحن/تفريغ نظري غير محدود.
- لا تحتاج بطاريات الرصاص والكربون إلى أي صيانة. فهي محكمة الإغلاق تمامًا ولا تتطلب أي صيانة دورية.
- تُعدّ بطاريات الرصاص والكربون منافسةً من حيث التكلفة لبطاريات الجل. صحيحٌ أن بطاريات الجل أرخص قليلاً عند الشراء، إلا أن بطاريات الكربون أغلى قليلاً فقط. ويبلغ فرق السعر الحالي بين بطاريات الجل والكربون حوالي 10-11%. وبالنظر إلى أن بطاريات الكربون تدوم أطول بنسبة 30% تقريبًا، يتضح سبب كونها خيارًا أفضل من حيث القيمة مقابل السعر.
تاريخ النشر: 8 أبريل 2022
