هرآنچه درباره باتری قلمی باید بدانید (قسمت دوم)

درقسمت اولپس از آشنایی با سایزهای استاندارد باتری سیلندری، با اصطلاحات متداول مربوط به باتری آشنا شدیم و سپس به معرفی انواع غیر شارژی پرداختیم. در این قسمت قصد داریم با باتری های شارژی بیشتر آشنا شویم.

باتری های شارژی

باتری های با قابلیت شارژ مجدد یا <<سلول های ثانویه>> (Secondary Cell) که در بازار بیشتر با نام <<باتری شارژی>> شناخته می شوند، باتری هایی هستند که می توان چندین بار انرژی الکتریکی ذخیره شده در آن ها را استفاده و مجددا آن را پر کرد. فرآیند شارژ در این باتری ها به گونه ای است که الکترود فعال مثبت با اکسید شدن، الکترون تولید می کند و الکترود منفی با دریافت الکترونکاهش (Redox)می یابد و در این میان الکترولیت نقش بافر بین دو الکترود را بازی می کند.

اولین مدل باتری های شارژی <<نرخ خالی شدن شارژ>> بسیار بالایی داشتند؛ به طوری که پیش از اینکه به دست مشتری برسند، روی قفسه ی فروشگاه تمام شارژ آن ها خالی می شد و کاربران قبل از اولین استفاده مجبور بودند آن ها را ابتدا شارژ کنند. اما باتری های شارژی امروزی معمولا نرخ خالی شدن شارژ بسیار کم تری دارند.

علاوه بر قابلیت استفاده ی مجدد، از جمله مهم ترین مزایای باتری های شارژی نسبت به باتری های یک بار مصرف می توان به ولتاژ نسبتا ثابت آن ها در طول مدت شارژدهی اشاره کرد. همچنین با اینکهقیمت اولیه ی باتری های شارژی معمولا بسیار گران تر از باتری های غیر شارژی است؛ اما با توجه به قابلیت شارژ مجدد، هزینه ی کلی آن ها در درازمدت به مراتب از باتری های غیر شارژی ارزان تر تمام می شود.

در ادامه با متداول ترین تکنولوژی های باتری های شارژی قلمی آشنا می شویم.

باتری های نیکل-کادمیوم (NiCd)

مزایا:

• قابلیت شارژ مجدد
• مناسب برای دستگاه های نیازمند جریان بالا

معایب:

• تکنولوژی منسوخ شده
• کمترین ظرفیت و ولتاژ بین تمامی انواع باتری های شارژی
• سمی بودن فلز کادمیوم و امکان ایجاد آلودگی محیط زیستی

باتری های NiCd امروزه از جمله انواع منسوخ شده ی باتری های شارژی به شمار می روند و تقریبا به طور کامل با باتری های نیکل-هیدرید فلزی (Ni-MH) جایگزین شده اند. هرچند باتری های NiCd را به سختی می توان در بازار پیدا کرد؛ اما درصورت وفور موجودی نیز دلیل منطقی برای خرید آن ها وجود نداشت. درواقع تنها دلیلی که ممکن است کسی هنوز از این نوع باتری ها استفاده کند این است که از مدت ها قبل آن ها را تهیه کرده باشد.

ظرفیت باتری های قلمی NiCd به ۶۰۰ تا ۱۰۰۰ میلی آمپر ساعت می رسد و درصورت شارژ نیمه کاره، <<اثر حافظه>> ظرفیت آن ها را حتی بیش از این نیز کاهش خواهد داد (برای آشنایی با اثر حافظه و دیگر اصطلاحات مرتبط با باتری، قسمت اول را مطالعه کنید).

این باتری ها با داشتن نرخ دشارژ خودکار ۱۰ درصد در ماه، عمر قفسه ی کوتاهی دارند و ولتاژ ۱.۲ ولتی آن ها کمترین میزان بین انواع باتری قلمی است. اگرچه باتری های قلمی ۱.۲ ولتی را می توان در اغلب دستگاه هایی که نیاز به باتری ۱.۵ ولتی دارند استفاده کرد؛ اما در بسیاری موارد مانند چراغ قوه ها باید انتظار عملکرد ضعیف تری از باتری با ولتاژ پایین تر داشته باشید.

در انتها اگر همچنان از باتری های NiCd استفاده می کنید، توصیه می شود آن ها را با باتری های Ni-MH جایگزین کنید.

باتری های نیکل-هیدرید فلز (NiMH)

مزایا:

• قابلیت شارژ مجدد
• ظرفیت مناسب
• سمی نبودن
• عملکرد عالی در دستگاه های نیازمند جریان بالا
• متداول بودن و سهولت یافتن انواع مختلف باتری و شارژر

معایب:

• ولتاژ ۱.۲ ولتی
• متأثر بودن از اثر حافظه
• بالا بودن نرخ دشارژ خودکار در برخی مدل ها

تا اواخر دهه ی ۹۰ میلادی باتری های نیکل-کادمیوم (NiCd) تقریبا تنها گزینه ی موجود باتری شارژی به شمار می رفتند؛ تا اینکه باتری های نیکل-هیدرید فلزی (NiMH) با ظرفیت سه برابری و مواد غیر سمی از راه رسیدند. باتوجه به مزایای باتری های NiMH چندان جای تعجب نیست که پس از گذشت مدت کوتاهی از ظهور آن ها، باتری های NiCd تقریبا به طور کامل از بازار ناپدید شدند.

باتری های شارژیNiMH قلمی و نیم قلمی انه لوپ پاناسونیک

ظرفیت باتری های قلمی NiMH بین ۱۲۰۰ تا ۲۷۰۰ میلی آمپر ساعت متغیر است و چگالی انرژی آن ها با باتری های لیتیوم یون برابری می کند. جالب است بدانید بسیاری ازخودروهای الکتریکیوهیبریدی(مانندتویوتا پریوس) نیز از این نوع باتری برای تأمین انرژی خود استفاده می کنند.

اما آنچه باتری های NiMH را از باتری های متداول غیر شارژی (مانند باتری های آلکالاین) متمایز می کند، مقاومت درونی اندک آن ها و درنتیجه توانایی تأمین جریان بالا بدون افت ظرفیت برای دستگاه های پرمصرف است.برای مثال، یک باتری متداول قلمی آلکالاین تحت بار ۲۵ میلی آمپری، ظرفیتی برابر با ۲۶۰۰ میلی آمپر خواهد داشت؛ اما اگر جریان گرفته شده از همین باتری را به ۵۰۰ میلی آمپر افزایش دهیم، به دلیل مقاومت داخلی بالای باتری های آلکالاین، ظرفیت آن به ۱۳۰۰ میلی آمپر ساعت افت خواهد کرد. دوربین های دیجیتال مجهز بهLCD و فلش لایت در مواقعی نیاز به جریان ۱۰۰۰ میلی آمپری دارند و باتری های NiMH می توانند این جریان را بدون افت ظرفیت تأمین کنند. به همین دلیل است که بسیاری از سازندگاندوربین دیجیتالاستفاده از باتری های NiMH را توصیه و دوربین های خود را برای ولتاژ ۱.۲ ولتی این باتری ها طراحی می کنند.

ساختار درونی باتری های نیکل-هیدرید فلز (NiMH)

مقاومت داخلی پایین باتری های NiMH همچنین باعث می شود تا ولتاژ آن ها برخلاف باتری های آلکالاین وابسته به میزان شارژ باقی مانده نباشد و تقریبا در تمام طول عمر باتری ثابت باقی بماند.تعداد سیکل های شارژ باتری های NiMHمعمولا بیشتر از ۱۰۰۰ سیکل است. برخی باتری هایEneloop جدید ساخت پاناسونیک را می توان تا ۱۸۰۰ سیکل استفاده کرد.

همان طور که در قسمت <<اثر حافظه>> توضیح دادیم، ظرفیت باتری های نیکل-هیدرید فلزی در صورت شارژ کردن باتری نیمه پر ممکن است کاهش پیدا کند؛ بنابراین این باتری ها را باید تنها درصورت خالی شدن کامل، مجددا شارژ کرد.

باتری های نیکل-روی (NiZn)

مزایا:

• قابلیت شارژ مجدد
• مناسب برای دستگاه های نیازمند جریان بالا
• عمر بیشتر نسبت به باتری های NiMHدر برخی مصارف خاص
• ولتاژ بیشتر (۱.۶ ولت) و درنتیجه مناسب تر بودن برای چراغ قوه ها

معایب:

• صدمه رساندن ولتاژ بالا (۱.۶ ولت) به دستگاه های فاقد تنظیم کننده ی ولتاژ
• نرخ دشارژ خودکار بسیار بالا (۱۳ درصد در ماه)
• کاهش ظرفیت با هر بار شارژ مجدد
• نرخ خرابی بیشتر نسبت به دیگر انواع باتری
• موجود بودن در تنها دو سایز AA و AAA
• کمیاب بودن

در سال ۲۰۰۹ شرکتپاورجنیکسباتری هایNiZnرا به عنوان جایگزینی برای باتری هایNiMH در مصارف نیازمند به ولتاژ بالاتر معرفی کرد. ولتاژ ۱.۶ ولتی این باتری ها به آن ها کمک می کند فلاش دوربین های دیجیتال را سریع تر شارژ کنند و نور بیش تری در اختیار چراغ قوه قرار بدهند؛ اما همین ولتاژ می تواند به دستگاه هایی که فاقد رگولاتور ولتاژ هستند صدمه بزند.

باتری نیم قلمی نیکل-روی (NiZn). توجه کنید که ظرفیت باتری به میلی وات ساعت مشخص شده است.

به دلیل معایب بسیار زیاد باتری های NiZn،پاورجنیکس تنها پس از دو سال، تولید آن را متوقف کرد و هم اکنون تنها چند برند چینی باتری هایی با این فناوری تولید می کنند.

باتری های آلکالاین شارژی (RAM)

مزایا:

• قابلیت شارژ مجدد
• نرخ دشارژ خودکار پایین (عمر قفسه ی بالا)

معایب:

• عمر سیکلی بسیار پایین
• ظرفیت کم در برخی مدل ها
• کاهش یافتن ظرفیت و ولتاژ پس از هر بار شارژ کردن
• مناسب نبودن برای دستگاه های نیازمند جریان بالا
• نیاز داشتن به شارژر مخصوص و سرعت شارژ بسیار پایین
• احتمال بسیار بالاتر نشت مواد داخلی نسبت به دیگر انواع باتری
• کمیاب بودن

باتری های آلکالاین شارژی یا به اختصار RAMا(Rechargeable Alkaline Manganese) نوع دیگری از باتری های قلیایی هستند که برخلاف نوع یک بار مصرف می توان آن ها را شارژ کرد و مجددا مورد استفاده قرار داد. ظرفیت باتری های RAM حدود دوسوم باتری های آلکالاین غیر شارژی و نرخ دشارژ خودکار آن ها از باتری های NiMHکمتر است.

باتری شارژی آلکالاین (RAM)

RAM-ها برای اولین بار در سال ۱۹۹۲ معرفی شدند و در زمان خود از بهترین انواع باتری قلمی شارژی به شمار می رفتند؛ اما با آمدن باتری های NiMHو بهبود پیدا کردن عمر قفسه ی آن ها در سال های اخیر، تقریبا دیگر دلیلی برای خرید باتری هایRAM وجود ندارد.

تعداد دفعات شارژ و دشارژ کامل RAM-ها قبل از به پایان رسیدن عمر مفید باتری حدود ۲۰ سیکل کامل است که در مقایسه با تعداد سیکل دیگر انواع باتری های شارژی بسیار کم است. RAM-ها همچنین مانند دیگر انواع باتری های قلیایی مقاومت درونی بالایی دارند که این ویژگی آن ها را برای استفاده در کاربردهایی که به جریان بالای الکتریسیته احتیاج دارند، نامناسب می کند.

باتری های لیتیوم-یون (Li-ion)

مزایا:

• قابلیت شارژ مجدد
• عملکرد فوق العاده در دستگاه های نیازمند جریان بالا

معایب:

• استاندارد نبودن ولتاژ (۳.۷ ولت) برای مصارف متداول
• صدمه زدن به دستگاه های متداول درصورت استفاده ی سهوی
• نیاز داشتن به شارژر مخصوص
• کمیاب بودن

باتری شارژی لیتیوم یونی در سایز استاندارد ۱۸۶۵۰

باتری های Li-ion برخلاف تمامی دیگر انواع باتری های قلمی که تا اینجا بررسی کردیم، از ولتاژ استاندارد ۱.۲ تا ۱.۵ ولتی استفاده نمی کنند. درواقع باتری های Li-on بیشتر در سایز استاندارد ۱۸۶۵۰ (بزرگ تر از باتری های قلمی AA) و برای دستگاه های خاصی که با ولتاژ ۳.۷ ولت کار می کنند ساخته می شوند و نباید از آن ها به عنوان جایگزینی برای باتری های قلمی معمولی استفاده کرد. هرچند فناوری Li-on در دنیای باتری های قلمی تقریبا جایی ندارد؛ اما در باتری های لپ تاپ ها، تلفن های هوشمند، خودروهای الکتریکی و دیگر مصارف بسیار متداول است.

ساختار درونی باتری های لیتیوم-یون (Li-ion)

دقت داشته باشید که نباید باتری های شارژی لیتیوم-یونی را با باتری های یک بارمصرف لیتیومی اشتباه گرفت.

بهترین فناوری باتری شارژی قلمی

باتوجه به آنچه گفته شد، هنگامی که بحث انتخاب بین باتری های شارژی قلمی در میان باشد، باتری های NiMHنه تنها بهترین، بلکه تقریبا تنها گزینه هستند. به احتمال زیاد به جز باتری هایNiMHهیچ کدام از باتری هایی را که در بالا به آن ها اشاره شد در بازار پیدا نخواهید کرد.

با مشخص شدن پاسخ به این سؤال که کدام فناوری باتری شارژی از بقیه بهتر است، حال دو پرسش جدید به وجود می آید. اینکه <<چه موقع به جای باتری معمولی از باتری شارژی استفاده کنیم؟>> و <<کدام باتری NiMHاز بقیه بهتر است؟>>

پاسخ به پرسش اول به عوامل زیادی بستگی دارد؛ اما به طور کلی از لحاظ <<اقتصادی>> توصیه می شود برای دستگاه های کم مصرف از باتری های غیر شارژی و در دستگاه های پرمصرف از باتری های شارژی استفاده کنید. برای مثال، ساعت دیواری یا ریموت کنترل تلویزیون را درنظر بگیرید. ازآنجایی که این دستگاه ها معمولا سالی یک بار نیاز به تعویض باتری دارند، می توان از باتری های قلمی معمولی با قیمت ۱۰۰۰ تومان یا کمتر در آن ها استفاده کرد. درصورتی که از یک باتری شارژی ۲۰ هزارتومانی در چنین دستگاهی استفاده کنید، ممکن است بیشتر از ۲۰ سال طول بکشد تا خرید شما توجیه اقتصادی پیدا کند؛ هرچند از لحاظ <<زیست محیطی>> استفاده ی چندباره از یک باتری شارژی همچنان بهتر از دور انداختن ۲۰ باتری یک بارمصرف است.

اما در دستگاه های پرمصرف مانند دوربین دیجیتال، دسته ی بازی و اسباب بازی های پرمصرف، استفاده از باتری های غیر شارژی نه توجیه اقتصادی دارد و نه زیست محیطی.

کدام باتری شارژی NiMH از بقیه بهتر است؟

پاسخ به این سؤال نیز بستگی به مورد استفاده ی شما دارد. برای مثال سه حالت زیر را درنظر بگیرید:

• برای دوربین دیجیتال، چراغ قوه یا هر دستگاه پرمصرف دیگری که قرار است هر هفته (یا هر چند هفته) یک بار از آن به مدت طولانی و تحت بار شدید استفاده شود، (برای مثال هنگام طبیعت گردی یا قطع متناوب برق) اولین معیار شما هنگام خرید باتری شارژی باید ظرفیت آن و سپس عمر قفسه باشد.
• اگر گیمری هستید که دو روزی یک بار باتری دسته ی بی سیم خود را عوض می کنید، یا اسباب بازی خاصی دارید که هر روز احتیاج به تعویض باتری دارد، هنگام خرید باتری شارژی قبل از هر چیز باید به تعداد سیکل هایی که باتری قادر است شارژ و دشارژ شود توجه کنید و سپس به عنوان معیار دوم، ظرفیت آن را نیز مد نظر قرار دهید.
• برای موس یا کیبورد بی سیمی که معمولا هر شش ماه (یا بیشتر) یک بار احتیاج به تعویض باتری دارد، نرخ دشارژ خودکارِ پایین یا عمر قفسه ی بالا از همه چیز مهم تر است.

باتری های مختلفی با ظرفیت ها، تعداد سیکل و عمر قفسه ی متفاوت در بازار وجود دارند که می توانید با توجه به آنچه در بالا گفته شد از میان آن ها به انتخاب بپردازید. از مورد اعتمادترین برندهای باتری شارژی موجود در بازار ایران می توان به Duracell، Eneloop (Panasonic)، Energizer، Maxell و Sony اشاره کرد. در این میان، باتری های Eneloop ساخت پاناسونیک به داشتن بیشترین عمر قفسه بین تمامی انوع باتری های شارژی NiMHقلمی شهرت دارند و عمر مفید آن ها (از لحاظ تعداد سیکل های شارژ) در بعضی مدل ها به ۳۰۰۰ سیکل نیز می رسد.

توجه داشته باشید ظرفیت باتری های قلمی (AA) شارژی معمولا بین ۲۰۰۰ تا ۲۵۰۰ میلی آمپر ساعت است و در پرظرفیت ترین مدل ها به زحمت به ۲۷۰۰ میلی آمپر ساعت می رسد. باتری های با ظرفیت بالای ۳۰۰۰ میلی آمپر ساعتی که در بازار وجود دارند همگی تقلبی هستند.

ظرفیت خارق العاده، یکی از ویژگی های باتری های شارژی تقلبی است!

همان طور که هزینه ی خرید باتری شارژی به جای باتری یک بارمصرف ممکن است در ابتدا زیاد به نظر برسد و در نهایت موجب صرفه جویی اقتصادی شود، قیمت باتری های شارژی باکیفیت نیز اگرچه در ابتدا ممکن است گزاف به نظر برسد، اما در درازمدت نسبت به باتری های شارژی ارزان و بی کیفیت صرفه ی اقتصادی بیش تری خواهد داشت.

در قسمت بعدی با انواع شارژر و نکات ضروری برای نگهداری و استفاده ی صحیح از انواع باتری های شارژی و غیر شارژی آشنا خواهیم شد.

ادامه دارد...