تاریخچه باتری

باتری سرب اسید در سال 1859 توسط فیزیکدان فرانسوی Gaston Planté اختراع شد و قدیمی ترین نوع باتری قابل شارژ است. با وجود داشتن یک نسبت بسیار کم انرژی به وزن و نسبت انرژی به حجم کم، توانایی آن در ارائه جریانهای پررنگ بالا به این معنی است که سلول ها نسبت نسبتا بزرگ نسبت به وزن دارند. این ویژگی ها همراه با هزینه کم آنها را برای استفاده در وسایل نقلیه موتوری مناسب می دانند تا جریان بالا مورد نیاز موتورهای شروع کننده خودرو را فراهم کنند.

در مقایسه با تکنولوژی های جدیدتر ارزان تر، باتری های سرب اسید به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند حتی زمانی که جریان جرقه مهم نیست و طرح های دیگر می تواند تراکم انرژی بیشتری را فراهم کند. طرح های اسید سرب اسید بزرگ به طور گسترده ای برای ذخیره سازی در منابع قدرت پشتیبان در برج های سلولی، تنظیمات با قابلیت دسترسی به بالا مانند بیمارستان ها و سیستم های قدرت مستقل استفاده می شود. برای این نقش ها، نسخه های اصلاح شده سلول استاندارد ممکن است برای بهبود زمان ذخیره سازی و کاهش نیازهای تعمیر و نگهداری استفاده شود. سلولهای ژل و باتری های شیشه ای جذب شده در این نقش ها رایج هستند، که به طور کلی به عنوان باتری سرب اسید VRLA شناخته می شود.

سلول سرب اسید می تواند با استفاده از صفحات سرب ورق برای دو الکترود نشان داده شود. با این حال، چنین ساخت و ساز فقط حدود یک آمپر برای صفحات به اندازه کارت پستال تولید می کند، و فقط برای چند دقیقه.

Gaston Planté راهی برای ارائه سطح بالایی از سطح موثر پیدا کرده است. در طراحی Planté، صفحات مثبت و منفی از دو رشته فویل سرب تشکیل شده اند که با یک ورق پارچه جدا شده و با هم ترکیب شده اند. سلول ها در ابتدا دارای ظرفیت کم بودند، بنابراین یک روند آهسته “تشکیل” برای خوردن فویل سرب، ایجاد دی اکسید سرب بر روی صفحات و سنگ زنی آنها برای افزایش سطح مورد نیاز بود. در ابتدا این فرآیند از باتری های اولیه برق استفاده می کرد. هنگامی که ژنراتورها پس از سال 1870 در دسترس قرار گرفت، هزینه تولید باتری به شدت کاهش یافت [8] صفحات Planté در برخی از برنامه های کاربردی ثابت استفاده می شود، که در آن صفحات به صورت مکانیکی به منظور افزایش سطح زمین مورد استفاده قرار می گیرند.

در سال 1880، Camille Alphonse Faure اختراع یک روش پوشش یک شبکه سرب (که به عنوان هادی هدایت می شود) با یک رب اکسید سرب، اسید سولفوریک و آب ثبت می شود و پس از آن فاز خنک سازی که در آن صفحات با حرارت ملایم در معرض حرارت بالا قرار می گیرند محیط رطوبت فرآیند پخت باعث شده که پاستر به مخلوطی از سولفات سرب که به پلاستیک سرب بستگی دارد تغییر کند. سپس، در طول شارژ اولیه باتری (به نام “تشکیل”) خمیر پخته شده در صفحات به مواد الکتروشیمیایی فعال (“جرم فعال”) تبدیل شد. روند فور به طور قابل توجهی کاهش زمان و هزینه تولید باتری های اسید سرب را افزایش داد و ظرفیت آن را نسبت به باتری Planté افزایش داد.] روش فور هنوز در حال استفاده در حال حاضر است، تنها با پیشرفت های افزایشی برای ترکیب خمیر، درمان (که هنوز هم با بخار انجام می شود، اما در حال حاضر یک فرآیند بسیار محکم کنترل)، و ساختار و ترکیب شبکه، که استفاده از خمیر است.

شبکه تولید شده توسط Faure از سرب خالص با میله های اتصال سرب در زاویه راست بود. در مقابل، شبکه های کنونی به منظور تقویت قدرت مکانیکی و جریان جاری بهبود یافته اند. علاوه بر الگوهای شبکه های مختلف (به طور ایده آل، تمام نقاط در صفحه قرار دارند به طور مساوی از هادی قدرت)، فرایندهای مدرن نیز یک یا دو تشک نازک فیبر شیشه ای را بر روی شبکه اعمال می کنند تا وزن را به طور مساوی توزیع کنند. و در حالی که فور از سرب خالص برای شبکههای خود استفاده میکرد، در طول یک سال (1881) آنها توسط آلیاژهای سرب آنتیموان (8 تا 12 درصد) جایگزین شدند تا ساختارها را به سفتی بیشتری برسانند. با این حال شبکه های دارای آنتیموان دارای پیشرفت هیدروژن بیشتری هستند (که به عنوان سن باتری نیز شتاب می گیرند) و در نتیجه هزینه های تعمیر و نگهداری بالاتر و هزینه های نگهداری بیشتر. این مسائل توسط U. B. Thomas و W. E. Haring در آزمایشگاه Bell در دهه 1930 شناسایی شد و در نهایت منجر به توسعه آلیاژهای سرب کلسیوم در سال 1935 برای باتری های آماده به کار در شبکه تلفن همراه ایالات متحده شد. تحقیقات مرتبط با آن باعث شده است که چند سال بعد در اروپا از آلیاژهای سیمان سرب در اروپا استفاده شود. هر دو آلیاژ سرب کلسیم و سرب-سلنیوم همچنان آنتیموان را اضافه می کنند، گرچه در مقادیر بسیار کوچکتر از شبکه های با انتریت بالا آنتی ژن: شبکه های سرب کلسیم 4-6٪ آنتیموان دارند، در حالی که شبکه های سرب-سلنیوم 1-2٪ هستند. این پیشرفت های متالورژیکی باعث می شود که شبکه قدرت بیشتری داشته باشد که به آن وزن بیشتری را می بخشد، یعنی مواد فعال تر، و بنابراین صفحات می توانند ضخیم تر باشند، که به نوبه ی خود باعث طول عمر باتری می شود، زیرا مواد بیشتری در دسترس برای ریختن وجود دارد تا باتری غیر قابل استفاده شود. شبکه های آلیاژی دارای آنتیموان هنوز در باتری هایی هستند که برای دوچرخه سواری مکرر استفاده می شوند، برای مثال در برنامه های کاربردی موتور که در آن انبساط / انقباض مکرر صفحات باید جبران شود، اما جایی که گاز خروجی غیر قابل اندازه گیری است زیرا جریان شارژ باقی می ماند. از زمان 1950s، باتری های طراحی شده برای برنامه های دوچرخه سواری نادر (به عنوان مثال، باتری های باتری آماده به کار) به طور فزاینده ای از شبکه های آلیاژ سرب کلسیم یا سرب-سلنیم استفاده می کنند، زیرا آنها تکامل هیدروژن کمتر و در نتیجه سربار نگهداری کمتری دارند. شبکه های آلیاژ سرب-کلسیم ارزان تر هستند (سلول ها به این ترتیب هزینه های پایین تر از قبل دارند)، و دارای میزان پایین خود تخلیه و پایین تر از نیاز آبگیری هستند، اما هدایت نسبتا ضعیف تر دارند، به طور مکانیکی ضعیف (و بنابراین نیاز به آنتیموان بیشتری دارند برای جبران)، و به شدت به خوردگی (و به این ترتیب طول عمر کوتاه تر) از سلول های با شبکه آلیاژ سرب سلنیوم است.

اثر مدار باز، از بین رفتن عمر چرخه باتری است که زمانی که کلسیم برای آنتیموان جایگزین شد، کاهش یافت. همچنین به عنوان اثر آزاد آنتیموان شناخته شده است.

رب امروزه حاوی کربن سیاه، رفع اشکال (سولفات باریم) و لیگنوسولفونات است. اصلاح بلان به عنوان یک کریستال دانه برای واکنش سولفات سرب به سر عمل می کند. رفع ریزش مو باید به طور کامل پراکنده شود تا موثر باشد. لیگنوسولفونات مانع از ایجاد یک جامد جامد در طول چرخه تخلیه می شود، در عوض امکان تشکیل دندریت های سوزنی طولانی را فراهم می کند. کریس بلند