ما هي بطارية الطاقة؟ ما الفرق بين طاقة البطارية والبطارية العادية؟
تعد تقنية البطارية اختراعًا رائعًا له تاريخ رائع وطويل. الإنجليزية"؛ Battery"؛ ظهرت البطارية لأول مرة في عام 1749. وقد استخدمها المخترع الأمريكي بنجامين فرانكلين لأول مرة عندما استخدم سلسلة من المكثفات لإجراء تجارب كهربائية. . استخدم حامض الكبريتيك المخفف كمحلول إلكتروليت لحل مشكلة استقطاب البطارية وأنتج أول بطارية نحاسية زنك غير مستقطبة يمكنها الحفاظ على تيار متوازن ، يُعرف أيضًا باسم بطارية دانيال.&مثل ؛
في عام 1860 ، اخترعت فرنسا&بلانت بطارية مع الرصاص كقطب كهربائي ، والتي كانت أيضًا سلف بطارية التخزين ؛ في الوقت نفسه ، اخترعت شركة Recrans الفرنسية&بطارية الكربون والزنك ، حيث جلبت تكنولوجيا البطاريات إلى مجال البطاريات الجافة.
بدأ الاستخدام التجاري لتقنية البطاريات باستخدام البطاريات الجافة. اخترعها البريطاني هيلرسون في عام 1887 وتم إنتاجه بكميات كبيرة في الولايات المتحدة في عام 1896. في نفس الوقت ، اخترع توماس أديسون بطارية الحديد والنيكل القابلة لإعادة الشحن في عام 1890 ، والتي تم تصنيعها أيضًا في عام 1910. الإنتاج الضخم تجاريًا.
منذ ذلك الحين ، وبفضل التسويق التجاري ، دخلت تقنية البطاريات في عصر التقدم السريع. اخترع توماس إديسون البطاريات القلوية في عام 1914 ، اخترع شليخت وأكرمان لوحات مُلبدة لبطاريات النيكل والكادميوم في عام 1934 ، وطور نيومان نيكل محكم الإغلاق في عام 1947. طورت بطاريات الكادميوم ، Lew Urry (Energizer) بطاريات قلوية صغيرة في عام 1949 ، إيذانا ببدء عصر البطاريات القلوية.
بعد دخول السبعينيات ، تأثرت تكنولوجيا البطاريات بأزمة الطاقة وتطورت تدريجيًا في اتجاه القوة المادية. بالإضافة إلى التقدم المستمر لتكنولوجيا الخلايا الشمسية التي ظهرت في عام 1954 ، تم اختراع بطاريات الليثيوم وبطاريات هيدريد النيكل والمعدن بشكل تدريجي وتسويقها تجاريًا.
ما هي بطارية الطاقة؟ الفرق بينه وبين البطاريات العادية
يعتمد مصدر الطاقة لمركبات الطاقة الجديدة بشكل أساسي على بطاريات الطاقة. تعد بطارية الطاقة في الواقع نوعًا من مصادر الطاقة التي توفر مصدر الطاقة للنقل. الاختلافات الرئيسية بينها وبين البطاريات العادية هي:
1. مختلفة في الطبيعة
تشير بطارية الطاقة إلى البطارية التي توفر الطاقة للنقل ، بشكل عام بالنسبة للبطارية الصغيرة التي توفر الطاقة للمعدات الإلكترونية المحمولة ؛ بينما البطارية العادية هي نوع من معدن الليثيوم أو سبائك الليثيوم كمادة القطب السالب ، باستخدام محلول إلكتروليت غير مائي تختلف البطارية الأولية عن بطارية ليثيوم أيون القابلة لإعادة الشحن وبطارية ليثيوم أيون بوليمر.
ثانيًا ، سعة البطارية مختلفة
في حالة البطاريات الجديدة ، استخدم مقياس التفريغ لاختبار سعة البطارية. بشكل عام ، تبلغ سعة بطاريات الطاقة حوالي 1000-1500 مللي أمبير في الساعة ؛ في حين أن سعة البطاريات العادية أعلى من 2000 مللي أمبير ، ويمكن أن يصل بعضها إلى 3400 مللي أمبير.
ثالثًا ، قوة التفريغ مختلفة
يمكن لبطارية طاقة تبلغ 4200 مللي أمبير في الساعة تفريغ الطاقة في بضع دقائق فقط ، لكن البطاريات العادية لا يمكنها القيام بذلك على الإطلاق ، لذا فإن سعة تفريغ البطاريات العادية لا تضاهى تمامًا مع بطاريات الطاقة. يتمثل الاختلاف الأكبر بين بطارية الطاقة والبطارية العادية في قدرتها الكبيرة على التفريغ والطاقة النوعية العالية. نظرًا لأن بطارية الطاقة تستخدم بشكل أساسي لإمداد طاقة السيارة ، فإنها تتمتع بقدرة تفريغ أعلى من البطاريات العادية.
أربعة ، تطبيقات مختلفة
البطاريات التي توفر قوة القيادة للسيارات الكهربائية تسمى بطاريات الطاقة ، بما في ذلك بطاريات الرصاص الحمضية التقليدية وبطاريات هيدريد النيكل وبطارية طاقة الليثيوم أيون الناشئة ، والتي تنقسم إلى بطاريات طاقة من نوع الطاقة (مركبات هجينة) و بطاريات الطاقة من نوع الطاقة (السيارات الكهربائية النقية) ؛ يُشار عمومًا إلى بطاريات الليثيوم المستخدمة في المنتجات الإلكترونية الاستهلاكية مثل الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة باسم بطاريات الليثيوم لتمييزها عن بطاريات الطاقة المستخدمة في السيارات الكهربائية.
الأنواع الرئيسية الحالية لبطاريات الطاقة
لا تزال تقنية بطاريات الرصاص الحمضية ، وتكنولوجيا بطاريات النيكل والهيدروجين ، وتكنولوجيا خلايا الوقود ، وتكنولوجيا بطاريات الليثيوم هي التقنيات الرئيسية السائدة في السوق.
بطاريات الرصاص الحمضية
تتمتع بطارية الرصاص الحمضية بأطول تاريخ للتطبيق وأكثر التقنيات نضجًا. إنها البطارية بأقل تكلفة وسعر ، وقد حققت الإنتاج الضخم. من بينها ، أصبحت بطارية حمض الرصاص المختومة (VRLA) التي يتم تنظيمها بالصمام بمثابة بطارية طاقة مهمة للمركبة ، والتي تم استخدامها في EV و HEV التي طورتها العديد من شركات السيارات الأوروبية والأمريكية ، مثل Saturn و EVI التي طورتها جنرال موتورز في الثمانينيات والتسعينيات على التوالي. السيارات الكهربائية ، إلخ.
ومع ذلك ، فإن بطاريات الرصاص الحمضية ذات طاقة محددة منخفضة ، وعمر بطارية قصير ، ومعدل تفريغ ذاتي مرتفع ، وعمر دورة منخفض ؛ الرصاص من المواد الخام الرئيسية ثقيل ، وقد يحدث تلوث بيئي للمعادن الثقيلة أثناء الإنتاج وإعادة التدوير. لذلك ، في الوقت الحاضر ، تُستخدم بطاريات الرصاص الحمضية بشكل أساسي في أجهزة الإشعال عند بدء تشغيل السيارات ، والمعدات الصغيرة مثل الدراجات الكهربائية.
بطاريات NiMH
تتمتع بطاريات Ni / MH بمقاومة جيدة للشحن الزائد والإفراط في التفريغ. لا توجد مشكلة تلوث بالمعادن الثقيلة ، ولن يكون هناك زيادة أو نقصان في الإلكتروليت أثناء عملية التشغيل ، والتي يمكن أن تحقق تصميمًا محكم الإغلاق ولا تحتاج إلى صيانة. بالمقارنة مع بطاريات الرصاص الحمضية وبطاريات النيكل والكادميوم ، تتمتع بطاريات النيكل والهيدروجين بطاقة نوعية أعلى وطاقة محددة وعمر دورة.
العيب هو أن البطارية لها تأثير ضعيف على الذاكرة ، ومع تقدم دورة الشحن والتفريغ ، تفقد سبيكة تخزين الهيدروجين تدريجياً قدرتها التحفيزية ، وسيزداد الضغط الداخلي للبطارية تدريجياً ، مما يؤثر على استخدام البطارية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن السعر الباهظ لمعدن النيكل يؤدي أيضًا إلى ارتفاع التكاليف.
فيما يتعلق بالمواد الأساسية ، تتكون بطاريات هيدريد النيكل والمعدن بشكل أساسي من قطب موجب ، وإلكترود سالب ، وفاصل وإلكتروليت. القطب الموجب هو قطب النيكل (Ni (OH) 2) ؛ يستخدم القطب السالب بشكل عام هيدريد المعدن (MH) ؛ يكون المنحل بالكهرباء سائلًا بشكل أساسي ، والمكون الرئيسي هو الهيدروجين. أكسيد البوتاسيوم (KOH). في الوقت الحاضر ، ينصب التركيز البحثي لبطارية النيكل والهيدروجين بشكل أساسي على مواد الإلكترود الإيجابية والسلبية ، وأبحاثها وتطويرها التكنولوجي ناضج نسبيًا.
تم إنتاج بطاريات Ni-MH للمركبات واستخدامها على نطاق واسع ، وهي أكثر أنواع بطاريات المركبات استخدامًا في تطوير المركبات الهجينة. الممثل الأكثر نموذجية هو Toyota Prius ، والتي تعد حاليًا أكبر سيارة هجينة منتجة بكميات كبيرة. تعتبر PEVE ، وهي مشروع مشترك بين Toyota و Panasonic ، أكبر شركة مصنعة لبطاريات طاقة النيكل والهيدروجين في العالم.
الآن بعد أن سحبت بطاريات هيدريد النيكل والمعدن من صفوف بطاريات الطاقة السائدة ، فلماذا تلتزم تويوتا بمعسكر بطاريات هيدريد النيكل والمعدن؟
يجب أن يقال هذا أن أكبر ميزة لبطاريات Ni-MH: المتانة الفائقة!
بمجرد أن أجرت وسائل الإعلام الأمريكية الشهيرة للسيارات اختبارًا مقارنًا على الجيل الأول من طراز بريوس الذي تم استخدامه لمدة عشر سنوات. تظهر نتائج الاختبار أنه بعد 10 سنوات من القيادة لمسافة 330 ألف كيلومتر لطراز الجيل الأول من بريوس ببطاريات هيدريد من النيكل والمعدن ، ومقارنتها ببيانات السيارة الجديدة ، يظل كل من أداء استهلاك الوقود وأداء الطاقة على نفس المستوى. لا يزال النظام الهجين وحزمة بطارية Ni-MH يعملان بشكل طبيعي.
بالإضافة إلى ذلك ، حتى بعد تشغيل 330 ألف كيلومتر في عشر سنوات من الاستخدام ، لم يواجه هذا الجيل الأول من بريوس أي مشاكل مع بطارية هيدريد النيكل والمعدن. قبل عشر سنوات ، تساءل الناس عن موقف أن تدهور قدرة البطارية سيؤثر بشكل كبير على استهلاك الوقود وأداء الطاقة. لم تظهر&# 39 ؛ ر أيضا. من وجهة النظر هذه ، فإن اليابانيين الذين كانوا دائمًا صارمين ومحافظين لديهم أسبابهم الفريدة لحبهم لبطاريات النيكل والهيدروجين.
خلية الوقود
خلية الوقود عبارة عن جهاز لتوليد الطاقة يقوم بتحويل الطاقة الكيميائية في الوقود والمواد المؤكسدة مباشرة إلى طاقة كهربائية. يتم إدخال الوقود والهواء في خلية الوقود بشكل منفصل ، ويتم إنتاج الكهرباء. من الخارج ، لديها أقطاب كهربائية وإلكتروليتات موجبة وسالبة ، وما إلى ذلك ، مثل البطارية ، ولكنها في الواقع لا يمكن أن&مثل ؛ التخزين&مثل ؛ لكن&مثل ؛ محطة توليد الكهرباء&مثل ؛.
بالمقارنة مع البطاريات الكيميائية العادية ، يمكن لخلايا الوقود أن تكمل الوقود ، وعادة ما يكون الهيدروجين. يمكن لبعض خلايا الوقود استخدام الميثان والبنزين كوقود ، لكنها عادة ما تقتصر على التطبيقات الصناعية مثل محطات الطاقة والرافعات الشوكية. المبدأ الأساسي لخلية وقود الهيدروجين هو رد الفعل العكسي للتحليل الكهربائي للماء. يتم تزويد الهيدروجين والأكسجين بالقطب الموجب والكاثود على التوالي. بعد أن ينتشر الهيدروجين عبر الأنود ويتفاعل مع الإلكتروليت ، يتم إطلاق الإلكترونات إلى الكاثود من خلال حمل خارجي.
مبدأ عمل خلية وقود الهيدروجين هو: إرسال غاز الهيدروجين إلى لوحة الأنود (القطب السالب) لخلية الوقود. بعد عمل المحفز (البلاتين) ، يتم فصل إلكترون في ذرة الهيدروجين ، ويمر أيون الهيدروجين (بروتون) الذي فقد الإلكترون عبر البروتون. يصل غشاء التبادل إلى لوحة الكاثود (القطب الموجب) لخلية الوقود ، ولا يمكن للإلكترونات المرور عبر غشاء تبادل البروتون. لا يمكن لهذا الإلكترون المرور إلا عبر الدائرة الخارجية للوصول إلى لوحة الكاثود لخلية الوقود ، وبالتالي توليد تيار في الدائرة الخارجية.
بعد وصول الإلكترونات إلى لوحة الكاثود ، تتحد مع ذرات الأكسجين وأيونات الهيدروجين لتكوين الماء. نظرًا لأنه يمكن الحصول على الأكسجين الذي يتم توفيره للوحة الكاثود من الهواء ، طالما يتم تزويد لوحة القطب الموجب باستمرار بالهيدروجين ، يتم تزويد لوحة الكاثود بالهواء ، ويتم سحب بخار الماء في الوقت المناسب ، يمكن أن تكون الطاقة الكهربائية مستمرة زودت.
يتم توفير الكهرباء المولدة من خلية الوقود للمحرك الكهربائي من خلال محولات ووحدات تحكم وأجهزة أخرى ، ثم يتم تشغيل العجلات للدوران عبر نظام النقل ، ومحور القيادة ، وما إلى ذلك ، بحيث يمكن للسيارة القيادة على الطريق. بالمقارنة مع المركبات التقليدية ، فإن كفاءة تحويل الطاقة للمركبات التي تعمل بخلايا الوقود تصل إلى 60 إلى 80٪ ، وهو ما يعادل ضعفين إلى ثلاثة أضعاف محركات الاحتراق الداخلي.
وقود خلية الوقود هو الهيدروجين والأكسجين ، والمنتج ماء نظيف. لا ينتج غاز أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون ، ولا ينبعث منه الكبريت والجسيمات. لذلك ، فإن المركبات التي تعمل بخلايا وقود الهيدروجين هي حقًا مركبات خالية من الانبعاثات والتلوث ، ووقود الهيدروجين هو مصدر طاقة السيارة المثالي!
