هرآنچه درباره باتری قلمی باید بدانید

 

از ساعت‌های دیواری و کنترل‌های ریموت گرفته تا دسته‌ی بازی و دوربین‌های عکاسی، طیف وسیعی از وسایل الکترونیکی همچنان وابسته به باتری‌های قلمی هستند.

 

باتری‌های قلمی سال‌ها است نیروبخش طیف وسیعی از لوازم الکترونیکی خانگی هستند و هرچند در این مدت از لحاظ ظاهری تغییر چندانی نکرده‌اند، اما تکنولوژی‌های به‌کاررفته در آن‌ها کاملا دگرگون شده است. این باتری‌ها که در واقع نوعی پیل خشک سیلندری هستند، در ابعاد مختلف تولید و به بازار عرضه می‌شوند.

قصد داریم در این مجموعه مقالات اختصاصی در زومیت با انواع باتری سیلندری، به‌خصوص دو سایز AA (بخوانید دابل اِی) و AAA (بخوانید تریپل اِی) که در ایران به‌ترتیب به «قلمی» و «نیم قلمی» مشهور هستند آشنا شویم. در این قسمت، پس از توضیحی مختصر درباره‌ی سایزهای استاندارد باتری قلمی و آشنا شدن با اصطلاحات تخصصی مرتبط با باتری، با انواع باتری‌های غیر شارژی آشنا خواهیم شد. توجه داشته باشید که در سرتاسر این نوشتار منظور از عبارت «باتری»، درواقع نوعِ خاصِ   «باتری‌های سیلندری استاندارد» است.

ابعاد استاندارد

باتری‌های سیلندری، به شکل آشنایی که امروزه آن‌ها را می‌شناسیم، اوایل قرن بیستم میلادی معرفی و روانه‌ی بازار شدند. در ابتدا استاندارد خاصی برای این باتری‌ها وجود نداشت و شرکت‌های سازنده‌ی باتری، باتری‌های سیلندری خود را در اندازه‌ی دلخواه تولید می‌کردند؛ تا اینکه سازمان‌های استاندارد از جمله مؤسسه‌ی ملی استاندارد آمریکا (ANSI)، در سال ۱۹۰۷ اولین استانداردها را برای ابعاد باتری‌های سیلندری وضع کردند. تعدادی از معروف‌ترین و متداول‌ترین ابعاد باتری‌های استاندارد را در تصویر زیر مشاهده می‌کنید.

سایزهای باتری قلمی

متداول‌ترین ابعاد باتری‌های سیلندری. از راست به چپ: D, C, AA, AAA, AAAA

استاندارد باتریابعاد
(میلی‌متر)
ولتاژ نامی
(ولت)
ظرفیت متداول
(میلی‌آمپر ساعت)
AAAA ۸.۳  در  ۴۲.۵ ۱.۵ ۶۲۵
AAA (نیم‌قلمی) ۱۰.۵  در  ۴۴.۵ ۱.۵ ۵۰۰ تا ۱۵۰۰
AA (قلمی) ۱۴.۵  در  ۵۰.۵ ۱.۵ ۶۰۰ تا ۳۰۰۰
C ۲۶.۲  در  ۵۰ ۱.۵ ۳۸۰۰ تا ۸۰۰۰
D ۳۴.۲  در  ۶۱.۵ ۱.۵ ۵۰۰۰ تا ۱۲۰۰۰

استاندارد باتری‌های AA یا قلمی (که امروزه متداول‌ترین نوع باتری سیلندری در جهان به‌شمار می‌روند) در سال ۱۹۴۷ وضع شد؛ هرچند این باتری‌ها مدت‌ها قبل از استانداردسازی نیز به صورت گسترده تولید و استفاده می‌شدند. باتری‌های AA حدود ۵ سانتی‌متر طول و ۱.۳ سانتی‌متر قطر دارند. وزن باتری‌های قلمی بسته به نوع آن‌ها متغیر است و از ۱۵ گرم در باتری‌های لیتیومی تا ۳۱ گرم در باتری‌های نیکل-هیدرید فلزی می‌رسد. امروزه حدود ۶۰ درصد از باتری‌های آلکالاین فروخته‌شده در جهان از نوع AA هستند.

جدول مشخصات باتری‌های قلمی (AA) متداول
 

زینک-کربن
(ZnC)

آلکالاین

لیتیوم
(Li-FeS2)

لیتیوم-یون
(Li-ion)

نیکل کادمیوم
(NiCd)

نیکل-هیدرید فلز
(NiMH)

ولتاژ نامی 1.5 V 1.5 V 1.5 V 3.6-3.7 V 1.2 V 1.2 V
ظرفیت در شرایط جریان ثابت ۵۰ میلی‌آمپر 400–1700 mAh 1800–2600 mAh 2700–3400 mAh 600-800 mAh 600–1000 mAh 600–2850 mAh
ماکزیمم انرژی در ولتاژ نامی و جریان ۵۰ میلی‌آمپر 2.55 Wh 3.90 Wh 5.10 Wh 2.88-2.96 Wh 1.20 Wh 3.42 Wh
قابلیت شارژ ندارد بعضی مدل‌ها ندارد دارد دارد دارد

باتری‌های AAA ولتاژ یکسانی با باتری‌های AA دارند و به دلیل سایز کوچک‌تر، معمولا در دستگاه‌هایی استفاده می‌شوند که به دلیل محدودیت ابعاد، ضخامت و وزن نمی‌توانند از باتری‌های AA استفاده کنند. یک باتری AAA معمولا حدود یک‌سوم باتری AA مشابه خود ظرفیت دارد. با پیشرفت تکنولوژی و بهینه شدن مصرف دستگاه‌های الکترونیکی و از طرفی افزایش یافتن ظرفیت باتری‌های AAA، بسیاری از دستگاه‌هایی که تا پیش از این از باتری‌های AA استفاده می‌کردند (مانند ریموت کنترل‌ها، کیبوردها، موس‌های بیسیم و ...) امروزه از باتری‌های کوچک‌تر AAA استفاده می‌کنند. بین ۲۴ تا ۳۰ درصد از سهم بازار باتری‌های سیلندری استاندارد متعلق به باتری‌های AAA یا نیم‌قلمی است.

تبدیل باتری نیم قلمی aaa به قلمی aa

می‌توان با استفاده از تبدیل، از باتری‌های کوچک‌تر به‌جای باتری سایز بزرگ‌تر استفاده کرد. (تصویر: تبدیل باتری نیم قلمی به قلمی)

جدول مشخصات باتری‌های نیم‌قلمی (AAA) متداول
 

زینک-کربن
(ZnC)

آلکالاین

لیتیوم
(Li-FeS2)

لیتیوم-یون
(Li-ion)

نیکل کادمیوم
(NiCd)

نیکل-هیدرید فلز
(NiMH)

ولتاژ نامی 1.5 V 1.5 V 1.5 V 3.6-3.7 V 1.25 V 1.25 V
ظرفیت در شرایط جریان ثابت ۵۰ میلی‌آمپر 540 mAh 820–1200 mAh 1200 mAh 350 mAh 300–500 mAh 600–1250 mAh
ماکزیمم انرژی در ولتاژ نامی و جریان ۵۰ میلی‌آمپر 0.81 Wh 1.3-1.8 Wh 1.8 Wh 1.3 Wh 0.38-0.63 Wh 0.75-1.6 Wh
قابلیت شارژ ندارد بعضی مدل‌ها ندارد دارد دارد دارد

باتری‌های AAAA (بخوانید کوادروپل A) موارد مصرف بسیار کمتری نسبت به دیگر انواع باتری‌های سیلندری دارند و هرچند از سال ۲۰۱۰ به بعد اندکی به شهرت آن‌ها افزوده شده‌ است؛ اما همچنان به‌سختی می‌توان آن‌ها را در فروشگاه‌های لوازم الکترونیکی پیدا کرد. از این نوع باتری‌ها بیشتر در دستگاه‌های کوچکی چون اشاره‌گرهای لیزری کوچک، ریموت دزدگیر ماشین، خودکارهای مجهز به لامپ LED، استایلوس‌ها و آمپلی‌فایرهای هدفون استفاده می‌شود.

باتری‌های C با طول ۵ و قطر ۲.۶ سانتی‌متر معمولا در اسباب‌بازی‌های پرمصرف و چراغ‌قوه‌های دستی استفاده می‌شوند. در سال ۲۰۰۷، سهم بازار این نوع باتری‌ها به ۴ تا ۵ درصد می‌رسید. ولتاژ نامی باتری‌های C آلکالاین ۱.۵ ولت است و ظرفیت آن‌ها تا ۸۰۰۰ میلی‌آمپر ساعت نیز می‌رسد؛ هرچند انواع قدیمی زینک-کربن معمولا ظرفیتی برابر با ۳۸۰۰ میلی‌آمپر ساعت دارند. پیشینه‌ی باتری‌های سایز استاندارد C از باتری‌های AA و AAA قدیمی‌تر است و به دهه‌ی ۲۰ میلادی می‌رسد.

باتری شارژی D با ظرفیت ۱۰۰۰۰ میلی آمپر ساعت

باتری شارژی D با ظرفیت ۱۰ هزار میلی‌آمپر ساعت



باتری‌های D معمولا در دستگاه‌های بسیار پرمصرف مانند چراغ قوه‌های قوی، رادیوها و ضبط صوت‌های بزرگ معروف به Boombox و دستگاه‌های دارای موتور الکتریکی استفاده می‌شوند. این باتری‌ها ۶.۱ سانتی‌متر طول و ۳.۳ سانتی‌متر قطر دارند و ظرفیت آن‌ها در برخی مدل‌های خاص به ۲۰ هزار میلی‌آمپر ساعت نیز می‌رسد. جالب است بدانید باتری‌های سایز D قدیمی‌ترین باتری‌های سیلندری هستند که هنوز تولید می‌شوند. پیشینه‌ی این باتری‌ها به سال ۱۸۹۸ (قبل از استانداردسازی باتری‌های قلمی) می‌رسد. تا قبل از معرفی شدن دیگر انواع و ابعاد باتری‌های قلمی، باتری‌های D به «باتری چراق قوه» مشهور بودند. آمریکا بزرگ‌ترین بازار مصرف باتری‌های سایز D است؛ به‌طوری‌که سهم بازار این باتری‌ها در این کشور به ۸ درصد می‌رسد.

آشنایی با اصطلاحات مرتبط با باتری

میلی‌آمپر ساعت (mAh): ظرفیت باتری‌های قلمی معمولا با واحد «میلی‌آمپر ساعت» (mAh) نشان داده می‌شود. به بیان ساده، یک باتری ۲۰۰۰ میلی‌آمپر ساعتی می‌تواند به مدت ۱ ساعت جریانی به شدت ۲۰۰۰ میلی‌آمپر؛ یا به ‌مدت ۱۰۰ ساعت جریانی ۲۰ میلی‌آمپری فراهم کند. باید دقت داشت که آمپر ساعت و میلی‌آمپر ساعت واحدهای انرژی نیستند. برای به دست آوردن میزان انرژی ذخیره‌شده در باتری (با واحد وات-ساعت) باید ظرفیت آن (با واحد میلی‌آمپر ساعت) را در ولتاژ باتری ضرب کرد. البته همان‌طور که در ادامه توضیح خواهیم داد، به دلیل متغیر بودن ولتاژ باتری‌های قلمی، با استفاده از این روش نیز عدد دقیقی از میزان انرژی ذخیره‌شده در باتری به دست نخواهد آمد.

 

باتری های شارژی سونی Cycle Energy

باتری‌های شارژی Cycle Energy سونی با ظرفیت ۲۵۰۰، ۲۱۰۰ و ۲۰۰۰ میلی‌آمپر ساعت

 

وات-ساعت (Wh): هرچند از واحد وات-ساعت کمتر برای مشخص کردن ظرفیت باتری‌های قلمی استفاده می‌شود؛ اما این واحد معیار دقیق‌تری برای مقایسه‌ی ظرفیت باتری‌های مختلف است. برای مثال انرژی ذخیره‌شده در دو باتری با ظرفیت یکسان ۲۰۰۰ میلی‌آمپری ممکن است با هم متفاوت باشد؛ چرا که ولتاژ همه‌ی باتری‌های قلمی با هم برابر نیست. به‌عنوان نمونه، بیشتر باتری‌های قلمی ۱.۲ ولتی هستند؛ درحالی‌که باتری‌های قلمی لیتیومی ۱.۵ ولتی نیز در بازار وجود دارند. بنابراین یک باتری قلمی ۲۰۰۰ میلی‌آمپر ساعتی لیتیومی، تقریبا ۳ وات-ساعت انرژی دارد (۱.۲V*۲۰۰۰mAh)؛ درحالی‌که انرژی یک باتری قلمی ۲۰۰۰ میلی‌آمپر ساعتی معمولی تنها به ۲.۴ وات-ساعت می‌رسد (۱.۲V*۲۰۰۰mAh).

ولتاژ بیشتر انواع باتری‌های قلمی در طول عمرشان ثابت نیست و بسته به میزان شارژ باقی‌مانده تغییر می‌کند

اما ازآنجایی‌که اینکه ولتاژ باتری‌های قلمی در طول عمرشان ثابت نیست و باتوجه به میزان شارژ باقی‌مانده تغییر می‌کند (برای نمونه جدول ولتاژ باتری‌های آلکالاین را در ادامه ببینید)، به‌راحتی نمی‌توان با ضرب کردن ولتاژ در ظرفیت، مقدار انرژی ذخیره‌شده در باتری را محاسبه کرد.

چگالی انرژی: به میزان انرژی ذخیره‌شده در واحد حجم «چگالی انرژی» گفته می‌شود. اگرچه گاهی از این عبارت برای اشاره به انرژی ذخیره‌شده در واحد جرم نیز استفاده می‌شود؛ اما باید توجه داشت که اصطلاح دقیق‌تر برای چنین منظوری «انرژی ویژه» (Specific Energy) است. در ادامه جدول چگالی انرژی تعدادی از انواع باتری‌های متداول را مشاهده می‌کنید.

 قابلیت شارژ مجددوزن
(گرم)

انرژی ذخیره‌شده
(Wh)

انرژی ویژه
(Wh/kg)

چگالی انرژی
(Wh/L)
آلکالاین سایز D ندارد ۱۳۵ ۲۰.۸۳ ۱۵۴.۳ ۴۲۰
آلکالاین سایز C ندارد ۶۵ ۹.۵۶ ۱۴۷ ۳۹۱
آلکالاین سایز AAA ندارد ۱۲ ۱.۴۱ ۱۱۷.۵ ۳۶۵
آلکالاین سایز AA ندارد ۲۴ ۲.۶۰ ۱۰۸.۳ ۳۲۸
NiMH سایز AA دارد ۲۶ ۲.۵۲ ۹۶.۹ ۳۱۸
NiMH سایز AAA دارد ۱۲ ۰.۹۶ ۸۰.۰ ۲۵۰
NiMH سایز D دارد ۱۷۰ ۱۱.۴ ۶۷.۱ ۲۳۰
NiMH سایز C دارد ۸۲ ۵.۴ ۶۵.۹ ۲۲۱

 

عمر قفسه: باتری‌ها حتی هنگامی که از آن‌ها استفاده نمی‌شود و درون بسته‌بندی خود هستند هم به‌صورت تدریجی انرژی ذخیره‌شده‌ی خود را از دست می‌دهند. مدت زمانی که طول می‌کشد تا یک باتری بیشتر ظرفیت خود را از دست بدهد به «عمر قفسه» (shelf life) مشهور است. در شرایط دمای اتاق، عمر قفسه‌ی باتری‌‌های غیر شارژی روی-کربن بین ۳ تا ۵ سال، باتری‌های آلکالاین بین ۵ تا ۱۰ سال و باتری‌های لیتیومی بین ۱۰ تا ۱۵ سال است. این مقدار برای باتری‌های شارژی معمولا بسیار کم‌تر است.

دشارژ خودکار (Self-discharge): حتی اگر هیچ‌گونه تماسی بین الکترودهای باتری برقرار نباشد، واکنش‌های شیمیایی داخل باتری شارژ الکتریکی ذخیره‌شده را با گذر زمان کاهش می‌دهند. دشارژ اتوماتیک باعث می‌شود عمر قفسه‌ی باتری کاهش پیدا کند و میزان شارژ درون آن هنگامی که به دست مشتری می‌رسد نسبت به شارژ ابتدایی کارخانه بسیار کم‌تر باشد.

باتری‌های یک‌بار مصرف معمولا نرخ دشارژ خودکار بسیار کمتری نسبت به باتری‌های شارژی دارند. از آنجایی که واکنش‌های شیمیایی منجر به دشارژ خودکار با افزایش دما سرعت می‌گیرند، توصیه می‌شود باتری‌ها را در دمای پایین نگه دارید.

نوع باتری قابلیت شارژ مجدد عمر قفسه/نرخ دشارژ خودکار
لیتیوم-فلز (LiM) ندارد ۱۰ سال
قلیایی (Alkaline) ندارد ۵ سال
روی-کربن (ZnC) ندارد ۲ تا ۳ سال
لیتیوم-یون (Li-ion) دارد ۲ تا ۳ درصد در ماه
نیکل-هیدرید فلز (NiMH) جدید دارد ۲ تا ۳ درصد در ماه
سربی-اسیدی (Lead–Acid) دارد ۴ تا ۶ درصد در ماه
نیکل-کادمیوم (NiCd) دارد ۱۵ تا ۲۰ درصد در ماه
نیکل هیدرید فلز (NiMH) قدیمی دارد ۳۰ درصد در ماه

اثر حافظه (Memory Effect): اثر حافظه پدیده‌ای است که در آن درصورت شارژ کردن باتری نیمه‌پر، ظرفیت آن به‌طور تدریجی کاهش پیدا می‌کند. برای مثال اگر باتری خود را با داشتن ۲۵ درصد شارژ مجددا شارژ کنید، پس از چند سیکل باتری بازه‌ی شارژ «۲۵ تا ۱۰۰ درصد» را به‌عنوان بازه‌ی «صفر تا ۱۰۰ درصد» در نظر می‌گیرد و عملا ۲۵ درصد از ظرفیت خود را از دست می‌دهد. در چنین حالتی به اصطلاح گفته می‌شود باتری نقطه‌ی شارژ شدن را به‌عنوان شارژ صفر «به یاد می‌آورد» یا اینکه ظرفیت قدیمی خود را «فراموش می‌کند».

تنها باتری‌های شارژی نیکل-کادمیوم (NiCd) و نیکل-هیدرید فلز (NiMH) تحت تأثیر این پدیده قرار می‌گیرند و دیگر انواع باتری در برابر آن مصون هستند. می‌توان تأثیر این پدیده روی باتری را با چند سیکل شارژ و دشارژ کامل تا حدودی برطرف کرد.

باتری‌های غیر شارژی

بیش از ۹۰ درصد باتری‌های قلمی جهان از نوع غیر شارژی هستند

باتری‌های غیر شارژی یا یک‌بار مصرف که با نام «سلول‌های اولیه» (Primary Cell) نیز شناخته می‌شوند، پس از یک بار استفاده دیگر قابلیت شارژ شدن و استفاده‌ی مجدد ندارند. دلیل اینکه این باتری‌ها را نمی‌توان شارژ کرد، بازگشت‌ناپذیر بودن واکنش شیمیایی تولیدکننده‌ی الکتریسیته در آن‌ها است. باتری‌های غیر شارژی ۹۰ درصد از بازار ۵۰ میلیارد دلاری باتری را به خود اختصاص داده‌اند و هر سال حدود ۱۵ میلیارد عدد از آن‌ها تولید و روانه‌ی بازار می‌شود.

باتری‌های روی-کربن (Zinc–Carbon) قدیمی‌ترین باتری‌های خشک هستند که به تولید انبوه تجاری رسیدند. این باتری‌ها برای اولین بار در اوایل قرن بیستم میلادی عرضه شدند و اولین چراغ قوه‌های الکتریکی توسط آن‌ها روشن می‌شدند. باتری‌های روی-کربن غیر قابل شارژ هستند و ظرفیت آن‌ها در سایز AA حدود ۴۰۰ تا ۹۰۰ میلی‌آمپر است. اگرچه این ظرفیت در مقایسه با دیگر انواع باتری ممکن است بسیار کم به نظر برسد؛ اما جالب است بدانید باتری‌های روی-کربن امروزی نسبت به نسخه‌های اولیه‌ای که بیش از ۱۰۰ سال پیش عرضه می‌شدند، ۴ برابر ظرفیت بیشتری دارند.

ساختار باتری روی کربن

ساختار درونی باتری‌های روی-کربن (ZnC)

بدنه‌ی باتری‌های روی-کربن از جنس فلز روی است و درون آن از خمیر آمونیوم کلرید (NH4Cl) یا زینک کلرید (ZnCl2) به‌عنوان الکترولیت استفاده می‌شود. از آنجایی که بسیاری از فلزات متداول در تماس با الکترولیتِ  نمکی به‌سرعت دچار خوردگی می‌شوند، الکترود مثبت این باتری‌ها از جنس کربن ساخته می‌شود.

دمای بالا به باتری‌های روی-کربن آسیب می‌زند و به‌همین دلیل سازندگان باتری توصیه می‌کنند آن‌ها را در دمای اتاق نگه دارید. هرچند می‌توان باتری‌های روی-کربن را برای مدت زیادی به‌صورت منجمد نگهداری کرد؛ اما قبل از استفاده‌ی مجدد باید آن‌ها را به دمای اتاق برساند.

خوردگی باتری قلمی

بدنه‌ی باتری‌های روی-کربن با گذر زمان به‌دلیل واکنش با مواد درون باتری دچار خوردگی می‌شود.

به‌طور کلی باتری‌های روی-کربن را نمی‌توان برای مدت زیادی انبار کرد؛ چرا که آمونیوم کلرید درون باتری با فلز روی (که بدنه‌ی باتری را تشکیل داده است) واکنش می‌دهد و رفته‌رفته با کاهش یافتن ضخامت بدنه، الکترولیت به بیرون نشت می‌کند. امروزه حدود ۲۰ درصد از باتری‌های دنیا از نوع روی-کربن هستند؛ هرچند این میزان در کشورهای پیشرفته‌ای چون ژاپن تنها به ۶ درصد می‌رسد. باتری‌های روی-کربن برای محیط زیست خطرناک‌اند و پس از استفاده نباید همراه با بقیه‌ی ضایعات خانگی دفع شوند.

باتری‌های آلکالاین (Alkaline) یا قلیایی نوع دیگری از باتری‌های غیر قابل شارژ‌ هستند که انرژی خود را از واکنش بین روی و دی‌اکسید منگنز (Zn/MnO2) تأمین می‌کنند. البته نوعی از باتری‌های آلکالاین با قابلیت شارژ مجدد نیز وجود دارد؛ اما به اندازه‌ی دیگر انواع باتری‌های شارژی متدوال نیست. در مقایسه با باتری‌های روی-کربن، باتری‌های آلکالاین چگالی انرژی بالاتر (بین ۳ تا ۵ برابر بیش‌تر) و عمر قفسه‌ی طولانی‌تری دارند.

 

ساختار باتری های آلکالاین متداول

 

ظرفیت باتری‌های آلکالاین به جریان گرفته‌شده از آن‌ها بستگی دارد. برای مثال ظرفیت یک باتری آلکالاین سایز AA درصورت استفاده در دستگاهی کم‌مصرف می‌تواند تا ۳۰۰۰ میلی‌آمپر ساعت نیز برسد؛ اما اگر جریان افزایش پیدا کند (برای مثال جریان ۱ آمپری در دوربین‌های دیجیتال) این ظرفیت تا ۷۰۰ میلی‌آمپر ساعت کاهش پیدا خواهد کرد. ولتاژ باتری‌های آلکالاین بسته به ظرفیت باقی‌مانده و بار روی باتری متغییر است.

ظرفیت 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10%
تحت بار صفر 1.59V 1.44V 1.38V 1.34V 1.32V 1.30V 1.28V 1.26V 1.23V 1.20V
۳۳۰mW تحت بار 1.49V 1.35V 1.27V 1.20V 1.16V 1.12V 1.10V 1.08V 1.04V 0.98V
نباید انواع مختلف باتری قلمی را با هم ترکیب کرد و در یک دستگاه مورد استفاده قرار داد

باتری‌های آلکالاین را نباید شارژ کرد. در صورت اقدام به شارژ یا ترکیب با دیگر انواع باتری در دستگاه‌های الکترونیکی، ممکن است با نشت پتاسیم هیدروکسید از باتری مواجه شوید که درصورت تماس با پوست و چشم ایجاد حساسیت خواهد کرد.

بین ۶۰ تا ۸۰ درصد باتری‌های تولیدشده در سطح جهان از نوع آلکالاین است و سالانه بیش از ۱۰ میلیارد عدد از این باتری‌ها وارد بازار جهانی می‌شود. ازآنجایی‌که باتری‌های آلکالاین جدید فاقد جیوه هستند، می‌توان آن‌ها را مانند زباله‌های معمولی دفع کرد؛ هرچند توصیه می‌شود این نوع باتری‌ها را نیز مانند دیگر انواع باتری بازیافت کنید.

باتری‌های لیتیومی (با باتری‌های شارژی لیتیوم یونی و لیتیوم پلیمر اشتباه گرفته نشود) یکی از جدیدترین انواع باتری‌های غیر قابل شارژ هستند. در این باتری‌ها معمولا از لیتیوم به‌عنوان آند و منگنز دی‌اکسید به‌عنوان کاتد استفاده می‌شود. ظرفیت باتری‌های لیتیومی تقریبا سه برابر بیشتر از باتری‌های آلکالاین مشابه خود است و به دلیل عمر قفسه‌ی بسیار بالا (حدود ۱۵ سال) معمولا در دستگاه‌هایی که مصرف کمی دارند و مدت زمان زیادی باید به‌صورت مداوم کار کنند (مانند ساعت‌های دیواری) از آن‌ها استفاده می‌شود. استفاده از این باتری‌ها در دستگاه‌های پرمصرف مانند اسباب بازی‌ها، به‌دلیل قیمت بالا و غیرقابل شارژ بودن، هیچگونه توجیه اقتصادی ندارد.

باتری لیتیومی energizer

باتری‌های لیتیومی بالاترین ظرفیت و عمر قفسه را بین تمامی انواع باتری‌های غیر شارژی دارند

باتوجه به ظرفیت بالای این باتری‌ها می‌توان در دستگاه‌هایی که به‌طور معمول استفاده از باتری آلکالاین برای آن‌ها توصیه می‌شود، از باتری‌های لیتیومی استفاده کرد و انتظار عملکرد بهتر و طولانی‌تری داشت؛ اما به‌ دلیل ولتاژ معمولا بالاتر، استفاده از آن‌ها در دستگاه‌هایی که به‌صورت سنتی از باتری‌های روی-کربن استفاده می‌کنند توصیه نمی‌شود.

در مقایسه با دیگر انواع باتری، می‌توان از باتری‌های لیتیومی جریان الکتریکی به‌مراتب بیشتری دریافت کرد. این قابلیت برای دستگاه‌هایی که به جریان بالایی احتیاج دارند ایده‌آل است؛ اما در صورت اتصال کوتاه، گرمای فوق‌العاده زیادی ایجاد خواهد کرد که ممکن است به منفجر شدن باتری منجر شود.

میزان محبوبیت باتری‌های لیتیومی در سطح جهان بسیار متفاوت است؛ به‌طوری‌که سهم آن‌ها از بازار باتری‌های غیر شارژی در ژاپن ۲۸ درصد و در اتحادیه‌ی اروپا تنها ۰.۵ درصد است. از آنجایی که باتری‌های لیتیومی مانند باتری‌های آلکالاین فاقد مواد سمی هستند، می‌توان آن‌ها را مانند ضایعات متداول خانگی دفع کرد؛ هرچند همچنان توصیه می‌شود این نوع باتری‌ها را مانند دیگر انواع باتری بازیافت کنید.

 

باتری‌های شارژی

باتری‌های با قابلیت شارژ مجدد یا «سلول‌های ثانویه» (Secondary Cell) که در بازار بیشتر با نام «باتری شارژی» شناخته می‌شوند، باتری‌هایی هستند که می‌توان چندین بار انرژی الکتریکی ذخیره‌شده در آن‌ها را استفاده و مجددا آن را پر کرد. فرآیند شارژ در این باتری‌ها به‌گونه‌ای است که الکترود فعال مثبت با اکسید شدن، الکترون تولید می‌کند و الکترود منفی با دریافت الکترون کاهش (Redox) می‌یابد و در این میان الکترولیت نقش بافر بین دو الکترود را بازی می‌کند. 

اولین مدل‌ باتری‌های شارژی «نرخ خالی شدن شارژ» بسیار بالایی داشتند؛ به‌طوری‌که پیش از اینکه به دست مشتری برسند، روی قفسه‌ی فروشگاه تمام شارژ آن‌ها خالی می‌شد و کاربران قبل از اولین استفاده مجبور بودند آن‌ها را ابتدا شارژ کنند. اما باتری‌های شارژی امروزی معمولا نرخ خالی شدن شارژ بسیار کم‌تری دارند. 

ولتاژ ثابت از جمله مهم‌ترین مزیت‌های باتری‌های شارژی نسبت به باتری‌های یک‌بارمصرف است

علاوه بر قابلیت استفاده‌ی مجدد، از جمله مهم‌ترین مزایای باتری‌های شارژی نسبت به باتری‌های یک‌بار مصرف می‌توان به ولتاژ نسبتا ثابت آن‌ها در طول مدت شارژدهی اشاره کرد. همچنین با اینکه قیمت اولیه‌ی باتری‌های شارژی معمولا بسیار گران‌تر از باتری‌های غیر شارژی است؛ اما با توجه به قابلیت شارژ مجدد، هزینه‌ی کلی آن‌ها در درازمدت به‌مراتب از باتری‌های غیر شارژی ارزان‌تر تمام می‌شود.

تفاوت ولتاژ باتری شارژی و قلیایی

در ادامه با متداول‌ترین تکنولوژی‌های باتری‌های شارژی قلمی آشنا می‌شویم.

باتری‌های نیکل-کادمیوم (NiCd)

مزایا:

  • قابلیت شارژ مجدد
  • مناسب برای دستگاه‌های نیازمند جریان بالا

معایب:

  • تکنولوژی منسوخ‌شده
  • کمترین ظرفیت و ولتاژ بین تمامی انواع باتری‌های شارژی
  • سمی بودن فلز کادمیوم و امکان ایجاد آلودگی محیط زیستی

باتری‌های NiCd امروزه از جمله انواع منسوخ‌شده‌ی باتری‌های شارژی به‌شمار می‌روند و تقریبا به‌طور کامل با باتری‌های نیکل-هیدرید فلزی (Ni-MH) جایگزین شده‌اند. هرچند باتری‌های NiCd را به‌سختی می‌توان در بازار پیدا کرد؛ اما درصورت وفور موجودی نیز دلیل منطقی برای خرید آن‌ها وجود نداشت. درواقع تنها دلیلی که ممکن است کسی هنوز از این نوع باتری‌ها استفاده کند این است که از مدت‌ها قبل آن‌ها را تهیه کرده باشد.

باتری نیکل کادمیوم

اگر همچنان از باتری‌های NiCd استفاده می‌کنید، توصیه می‌شود آن‌ها را با باتری‌های Ni-MH جایگزین کنید

ظرفیت باتری‌های قلمی NiCd به ۶۰۰ تا ۱۰۰۰ میلی‌آمپر ساعت می‌رسد و درصورت شارژ نیمه‌کاره، «اثر حافظه» ظرفیت آن‌ها 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 باتری‌ها با داشتن نرخ دشارژ خودکار ۱۰ درصد در ماه، عمر قفسه‌ی کوتاهی دارند و ولتاژ ۱.۲ ولتی آن‌ها کمترین میزان بین انواع باتری قلمی است. اگرچه باتری‌های قلمی ۱.۲ ولتی را می‌توان در اغلب دستگاه‌هایی که نیاز به باتری ۱.۵ ولتی دارند استفاده کرد؛ اما در بسیاری موارد مانند چراغ قوه‌ها باید انتظار عملکرد ضعیف‌تری از باتری با ولتاژ پایین‌تر داشته باشید.

در انتها اگر همچنان از باتری‌های NiCd استفاده می‌کنید، توصیه می‌شود آن‌ها را با باتری‌های Ni-MH جایگزین کنید.

باتری‌های نیکل-هیدرید فلز (NiMH)

مزایا:

  • قابلیت شارژ مجدد
  • ظرفیت مناسب
  • سمی نبودن
  • عملکرد عالی در دستگاه‌های 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 مدل‌ها

تا اواخر دهه‌ی ۹۰ میلادی باتری‌های نیکل-کادمیوم (NiCd) تقریبا تنها گزینه‌ی موجود باتری شارژی به‌شمار می‌رفتند؛ تا اینکه باتری‌های نیکل-هیدرید فلزی (NiMH) با ظرفیت سه برابری و مواد غیر‌ سمی از راه رسیدند. باتوجه به مزایای باتری‌های NiMH چندان جای تعجب نیست که پس از گذشت مدت کوتاهی از ظهور آن‌ها، باتری‌های NiCd تقریبا به‌طور کامل از بازار ناپدید شدند.

باتری شارژی eneloop پاناسونیک

باتری‌های شارژی NiMH قلمی و نیم‌قلمی انه‌لوپ پاناسونیک

 

ظرفیت باتری‌های قلمی NiMH بین ۱۲۰۰ تا ۲۷۰۰ میلی‌آمپر ساعت متغیر است و چگالی انرژی آن‌ها با باتری‌های لیتیوم یون برابری می‌کند. جالب است بدانید بسیاری از خودروهای الکتریکی و هیبریدی (مانند تویوتا پریوس) نیز از این نوع باتری‌ برای تأمین انرژی خود استفاده می‌کنند.

اما آنچه باتری‌های NiMH را از باتری‌های متداول غیر شارژی (مانند باتری‌های آلکالاین) متمایز می‌کند، مقاومت درونی اندک آن‌ها و درنتیجه توانایی تأمین جریان بالا بدون افت ظرفیت برای دستگاه‌های پرمصرف است. برای مثال، یک باتری متداول قلمی آلکالاین تحت بار ۲۵ میلی‌آمپری، ظرفیتی برابر با ۲۶۰۰ میلی‌آمپر خواهد داشت؛ اما اگر جریان گرفته‌شده از همین باتری را به ۵۰۰ میلی‌آمپر افزایش دهیم، به‌ دلیل مقاومت داخلی بالای باتری‌های آلکالاین، ظرفیت آن به ۱۳۰۰ میلی‌آمپر ساعت افت خواهد کرد. دوربین‌های دیجیتال مجهز به LCD و فلش‌لایت در مواقعی نیاز به جریان ۱۰۰۰ میلی‌آمپری دارند و باتری‌های NiMH می‌توانند این جریان را بدون افت ظرفیت تأمین کنند. به همین دلیل است که بسیاری از سازندگان دوربین‌ دیجیتال استفاده از باتری‌های NiMH را توصیه و دوربین‌های خود را برای ولتاژ ۱.۲ ولتی این باتری‌ها طراحی می‌کنند.

ساختار باتری شارژی نیکل هیدرید فلز nimh

ساختار درونی باتری‌های نیکل-هیدرید فلز (NiMH)

 

مقاومت داخلی پایین باتری‌های NiMH همچنین باعث می‌شود تا ولتاژ آن‌ها برخلاف باتری‌های آلکالاین وابسته به میزان شارژ باقی‌مانده نباشد و تقریبا در تمام طول عمر باتری ثابت باقی بماند. تعداد سیکل‌های شارژ باتری‌های NiMH معمولا بیشتر از ۱۰۰۰ سیکل است. برخی باتری‌های Eneloop جدید ساخت پاناسونیک را می‌توان تا ۱۸۰۰ سیکل استفاده کرد. 

همان‌طور که در قسمت «اثر حافظه» توضیح دادیم، ظرفیت باتری‌های نیکل-هیدرید فلزی در صورت شارژ کردن باتری نیمه‌پر ممکن است کاهش پیدا کند؛ بنابراین این باتری‌ها را باید تنها درصورت خالی شدن کامل، مجددا شارژ کرد.

باتری‌های نیکل-روی (NiZn)

مزایا:

  • قابلیت شارژ مجدد
  • مناسب برای دستگاه‌های نیازمند جریان بالا
  • عمر بیشتر نسبت به باتری‌های NiMH در برخی مصارف خاص
  • ولتاژ بیشتر (۱.۶ ولت) و درنتیجه مناسب‌تر بودن برای چراغ قوه‌ها

معایب:

  • صدمه رساندن ولتاژ بالا (۱.۶ ولت) به دستگاه‌های فاقد تنظیم‌کننده‌ی 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 شرکت پاورجنیکس باتری‌های NiZn را به‌عنوان جایگزینی برای باتری‌های NiMH در مصارف نیازمند به ولتاژ بالاتر معرفی کرد. ولتاژ ۱.۶ ولتی این باتری‌ها به آن‌ها کمک می‌کند فلاش دوربین‌های دیجیتال را سریع‌تر شارژ کنند و نور بیش‌تری در اختیار چراغ‌قوه قرار بدهند؛ اما همین ولتاژ می‌تواند به دستگاه‌هایی که فاقد رگولاتور ولتاژ هستند صدمه بزند.

باتری نیم قلمی نیکل زینک

باتری نیم‌قلمی نیکل-روی (NiZn). توجه کنید که ظرفیت باتری به میلی‌وات ساعت مشخص شده است.

به‌دلیل معایب بسیار زیاد باتری‌های NiZn، پاورجنیکس تنها پس از دو سال، تولید آن را متوقف کرد و هم‌اکنون تنها چند برند چینی باتری‌هایی با این فناوری تولید می‌کنند.

باتری‌های آلکالاین شارژی (RAM)

مزایا:

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

معایب:

  • عمر سیکلی بسیار پایین
  • ظرفیت کم در برخی مدل‌ها
  • کاهش یافتن ظرفیت و ولتاژ پس از هر بار شارژ کردن
  • مناسب نبودن برای دستگاه‌های 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

 باتری‌های آلکالاین شارژی یا به اختصار RAM ا(Rechargeable Alkaline Manganese) نوع دیگری از باتری‌های قلیایی هستند که برخلاف نوع یک‌بار مصرف می‌توان آن‌ها را شارژ کرد و مجددا مورد استفاده قرار داد. ظرفیت باتری‌های RAM حدود دوسوم باتری‌های آلکالاین غیر شارژی و نرخ دشارژ خودکار آن‌ها از باتری‌های NiMH کمتر است.

باتری شارژی آلکالاین قلیایی

باتری شارژی آلکالاین (RAM)

RAM-ها برای اولین بار در سال ۱۹۹۲ معرفی شدند و در زمان خود از بهترین انواع باتری قلمی شارژی به‌شمار می‌رفتند؛ اما با آمدن باتری‌های NiMH و بهبود پیدا کردن عمر قفسه‌ی آن‌ها در سال‌های اخیر، تقریبا دیگر دلیلی برای خرید باتری‌های RAM 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 باتری‌های شارژی بسیار کم است. RAM-ها همچنین مانند دیگر انواع باتری‌های قلیایی مقاومت درونی بالایی دارند که این ویژگی آن‌ها را برای استفاده در کاربردهایی که به جریان بالای الکتریسیته احتیاج دارند، نامناسب می‌کند.

باتری‌های لیتیوم-یون (Li-ion)

مزایا:

  • قابلیت شارژ مجدد
  • عملکرد فوق العاده در دستگاه‌های نیازمند جریان بالا

معایب:

  • استاندارد نبودن ولتاژ (۳.۷ ولت) برای مصارف متداول
  • صدمه زدن به دستگاه‌های متداول درصورت استفاده‌ی سهوی
  • نیاز داشتن به شارژر مخصوص
  • کمیاب بودن

باتری 18650 لیتیوم یون شارژی 3.7 ولتی

باتری شارژی لیتیوم یونی در سایز استاندارد ۱۸۶۵۰

باتری‌های شارژی لیتیوم-یونی ۳.۷ ولتی هستند و به‌ندرت در سایز AA و AAA تولید می‌شوند

باتری‌های Li-ion برخلاف تمامی دیگر انواع باتری‌های قلمی که تا اینجا بررسی کردیم، از ولتاژ استاندارد ۱.۲ تا ۱.۵ ولتی استفاده نمی‌کنند. درواقع باتری‌های Li-on بیشتر در سایز استاندارد ۱۸۶۵۰ (بزرگ‌تر از باتری‌های قلمی AA) و برای دستگاه‌های خاصی که با ولتاژ ۳.۷ ولت کار می‌کنند ساخته می‌شوند و نباید از آن‌ها به‌عنوان جایگزینی برای باتری‌های قلمی معمولی استفاده کرد. هرچند فناوری Li-on در دنیای باتری‌های قلمی تقریبا جایی ندارد؛ اما در باتری‌های لپ‌تاپ‌ها، تلفن‌های هوشمند، خودروهای الکتریکی و دیگر مصارف بسیار متداول است.

ساختار باتری های لیتیوم یون Li ion

ساختار درونی باتری‌های لیتیوم-یون (Li-ion)

دقت داشته باشید که نباید باتری‌های شارژی لیتیوم-یونی را با باتری‌های یک‌بارمصرف لیتیومی اشتباه گرفت.

بهترین فناوری باتری شارژی قلمی

باتوجه به آنچه گفته شد، هنگامی که بحث انتخاب بین باتری‌های شارژی قلمی در میان باشد، باتری‌های NiMH نه‌تنها بهترین، بلکه تقریبا تنها گزینه هستند. به احتمال زیاد به‌جز باتری‌های NiMH هیچ‌کدام از باتری‌هایی را که در بالا به آن‌ها 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 می‌آید. اینکه «چه موقع به‌جای باتری معمولی از باتری شارژی استفاده کنیم؟» و «کدام باتری NiMH از بقیه بهتر است؟»

انواع باتری

استفاده از باتری‌های غیر شارژی در دستگاه‌های پرمصرف چه از لحاظ اقتصادی و چه از لحاظ زیست‌محیطی توصیه نمی‌شود

پاسخ به پرسش اول به عوامل زیادی بستگی دارد؛ اما به‌طور کلی از لحاظ «اقتصادی» توصیه می‌شود برای دستگاه‌های کم‌مصرف از باتری‌های غیر شارژی و در دستگاه‌های پرمصرف از باتری‌های شارژی استفاده کنید. برای مثال، ساعت دیواری یا ریموت کنترل تلویزیون را درنظر بگیرید. ازآنجایی که این دستگاه‌ها معمولا سالی یک بار نیاز به تعویض باتری دارند، می‌توان از باتری‌های قلمی معمولی با قیمت ۱۰۰۰ تومان یا کمتر در آن‌ها استفاده کرد. درصورتی‌که 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 «زیست‌محیطی» استفاده‌ی چندباره از یک باتری شارژی همچنان بهتر از دور انداختن ۲۰ باتری یک‌بارمصرف است.

اما در دستگاه‌های پرمصرف مانند دوربین دیجیتال، دسته‌ی بازی و اسباب‌بازی‌های پرمصرف، استفاده از باتری‌های غیر شارژی نه توجیه اقتصادی دارد و نه زیست‌محیطی.

کدام باتری شارژی NiMH از بقیه بهتر است؟

پاسخ به این سؤال نیز بستگی به مورد استفاده‌ی 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 طبیعت‌گردی 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 دسته‌ی بی‌سیم خود را عوض می‌کنید، یا اسباب بازی خاصی دارید که هر روز احتیاج به تعویض باتری دارد، هنگام خرید باتری شارژی قبل از هر چیز باید به تعداد سیکل‌هایی که باتری قادر است شارژ و دشارژ شود توجه کنید و سپس به‌عنوان معیار دوم، ظرفیت آن را نیز مد نظر قرار دهید.
  • برای موس یا کیبورد بی‌سیمی که معمولا هر شش ماه (یا بیشتر) یک بار احتیاج به تعویض باتری دارد، نرخ دشارژ خودکارِ پایین یا عمر قفسه‌ی بالا از همه چیز مهم‌تر است.
ظرفیت باتری‌های قلمی (AA) شارژی معمولا بین ۲۰۰۰ تا ۲۵۰۰ میلی‌آمپر ساعت است

باتری‌های مختلفی با ظرفیت‌ها، تعداد سیکل و عمر قفسه‌ی متفاوت در بازار وجود دارند که می‌توانید با توجه به آنچه در بالا گفته شد از میان آن‌ها به انتخاب بپردازید. از مورد اعتمادترین برندهای باتری‌ شارژی موجود در بازار ایران می‌توان به Duracell، Eneloop (Panasonic)، Energizer، Maxell و Sony اشاره کرد. در این میان، باتری‌های Eneloop ساخت پاناسونیک به داشتن بیشترین عمر قفسه بین تمامی انوع باتری‌های شارژی NiMH قلمی شهرت دارند و عمر مفید آن‌ها (از لحاظ تعداد سیکل‌های شارژ) در بعضی مدل‌ها به ۳۰۰۰ سیکل نیز می‌رسد.

توجه داشته باشید ظرفیت باتری‌های قلمی (AA) شارژی معمولا بین ۲۰۰۰ تا ۲۵۰۰ میلی‌آمپر ساعت است و در پرظرفیت‌ترین مدل‌ها به زحمت به ۲۷۰۰ میلی‌آمپر ساعت می‌رسد. باتری‌های با ظرفیت بالای ۳۰۰۰ میلی‌آمپر ساعتی که در بازار وجود دارند همگی تقلبی هستند.

 

باتری تقلبی

 

ظرفیت خارق‌العاده، یکی از ویژگی‌های باتری‌های شارژی تقلبی است!

 

همان‌طور که هزینه‌ی خرید باتری شارژی به‌جای باتری یک‌بارمصرف ممکن است در ابتدا زیاد به‌ نظر برسد و در نهایت موجب صرفه‌جویی اقتصادی شود، قیمت باتری‌های شارژی باکیفیت نیز اگرچه در ابتدا ممکن است گزاف به‌ نظر برسد، اما در درازمدت نسبت به باتری‌های شارژی ارزان و بی‌کیفیت صرفه‌ی اقتصادی بیش‌تری خواهد داشت.

در قسمت بعدی با انواع شارژر و نکات ضروری برای نگهداری و استفاده‌ی صحیح از انواع باتری‌های شارژی و غیر شارژی آشنا خواهیم شد. 

برچسب ها : , , ,