تُعتبر بطاريات LiFePO4 وبطاريات الرصاص الحمضية نوعين شائعين من البطاريات القابلة لإعادة الشحن المستخدمة في تطبيقات متنوعة. تُستخدم بطاريات LiFePO4 على نطاق واسع في المركبات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة المتجددة بسبب عمق التفريغ الأعمق، وعمر الدورة الأطول، ووقت الشحن الأسرع، وكفاءة الشحن الأعلى مقارنةً ببطاريات الرصاص الحمضية.
تُستخدم بطاريات الرصاص الحمضية بشكل شائع في السيارات وغيرها من التطبيقات التي تتطلب نسبة عالية من الطاقة إلى الوزن. على الرغم من أنها قد تتمتع بعمر دورة أقصر وكفاءة أقل، إلا أنها يمكن أن تكون خيارًا أفضل عندما تكون التكلفة اعتبارًا رئيسيًا.
تستكشف هذه المقالة مبادئ عمل هذه البطاريات وتقارن بين مزاياها وعيوبها.
ما هي بطارية LiFePO4 وكيف تعمل؟
بطارية LiFePO4، المعروفة أيضًا باسم بطارية فوسفات الحديد الليثيوم، هي نوع من البطاريات القابلة لإعادة الشحن والتي تُستخدم عادةً في المركبات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة المتجددة. تتكون من أربعة مكونات رئيسية: الكاثود (القطب الموجب)، والأنود (القطب السالب)، والفاصل، والمحلول الكهربائي.
تعمل بطارية LiFePO4 عن طريق استخدام أيونات الليثيوم للتحرك ذهابًا وإيابًا بين أقطاب الأنود والكاثود.
أثناء الشحن، تتحرك أيونات الليثيوم من الكاثود إلى الأنود، حيث يتم تخزينها في الهيكل البلوري لمادة LiFePO4.
عندما يتم تفريغ البطارية، يتم عكس العملية، حيث تتحرك أيونات الليثيوم من الأنود إلى الكاثود وتخلق تيارًا كهربائيًا.
ما هي بطارية الرصاص الحمضية وكيف تعمل؟
بطارية الرصاص الحمضية هي نوع من البطاريات القابلة لإعادة الشحن تُستخدم عادةً في السيارات، ومصادر الطاقة غير المنقطعة (UPS)، وتطبيقات أخرى تتطلب نسبة عالية من الطاقة إلى الوزن. تتكون من عدد من صفائح الرصاص وأكسيد الرصاص مغمورة في محلول إلكتروليتي من حمض الكبريتيك.
عندما يتم تفريغ البطارية، يتفاعل حمض الكبريتيك مع ألواح الرصاص وأكسيد الرصاص، مكونًا كبريتات الرصاص والماء. تطلق هذه التفاعل الكيميائي الإلكترونات، التي تتدفق عبر الدائرة وتزود الجهاز بالطاقة.
عندما تكون البطارية مشحونة، يتم عكس العملية، حيث يتحول كبريتات الرصاص والماء مرة أخرى إلى ألواح الرصاص وأكسيد الرصاص وحمض الكبريتيك.
بطارية LiFePO4 مقابل بطارية الرصاص الحمضية: المزايا والعيوب
عمق التفريغ
أحد الاختلافات الرئيسية بين بطاريات LiFePO4 وبطاريات الرصاص الحمضية هو عمق التفريغ، والذي يشير إلى مقدار سعة البطارية التي تم استهلاكها خلال دورة التفريغ. بعبارة أخرى، هو النسبة المئوية من السعة الإجمالية للبطارية التي تم استنفادها.
تتميز بطاريات LiFePO4 عادةً بعمق تفريغ أعمق مقارنةً ببطاريات الرصاص الحمضية. وهذا يعني أن بطاريات LiFePO4 يمكن أن تُفَرغ إلى حالة شحن أقل دون إلحاق الضرر بالبطارية أو تقليل عمرها الافتراضي بشكل كبير.
بشكل عام، يمكن تفريغ بطاريات LiFePO4 إلى 80-90% من سعتها الإجمالية. وهذا يجعلها مناسبة تمامًا للتطبيقات التي تكون فيها مدة عمر البطارية الأطول والدورات الأعمق مهمة، مثل في المركبات الكهربائية، وأنظمة الطاقة الشمسية، وأنظمة الطاقة الاحتياطية.
على النقيض من ذلك، يجب عدم تفريغ بطاريات الرصاص الحمضية إلى أقل من 50% من سعتها الإجمالية لتجنب إتلاف البطارية أو تقليل عمرها.
بعض الأنواع المتخصصة من بطاريات الرصاص الحمضية، مثل بطاريات الدورة العميقة، يمكن تفريغها إلى مستويات أعمق قليلاً، لكنها لا تزال عمومًا تتمتع بعمق تفريغ أقل مقارنةً ببطاريات LiFePO4.
دورة الحياة
تتميز بطاريات LiFePO4 وبطاريات الرصاص الحمضية بخصائص مختلفة عندما يتعلق الأمر بعمر الدورة، والذي يشير إلى عدد دورات الشحن والتفريغ التي يمكن أن تمر بها البطارية قبل أن تبدأ في التدهور.
تتمتع بطاريات LiFePO4 عادةً بعمر دورة أطول من بطاريات الرصاص الحمضية. وذلك لأن بطاريات LiFePO4 أفضل في تحمل الشحن المتكرر ودورات التفريغ دون أن تتعرض لتدهور كبير.
يمكن أن تعاني بطاريات الرصاص الحمضية من عمر دورة أقصر إذا تعرضت لتفريغ عميق أو لم يتم صيانتها بشكل صحيح. وذلك لأن بطاريات الرصاص الحمضية أكثر حساسية لعمق التفريغ مقارنة ببطاريات LiFePO4. يمكن أن يكون لها عمر دورة أطول إذا لم يتم تفريغها بشكل متكرر تحت 50% من سعتها.
بشكل عام، بينما يمكن لكل من بطاريات LiFePO4 وبطاريات الرصاص الحمضية توفير تخزين موثوق للطاقة، فإن بطاريات LiFePO4 تقدم عادةً عمر دورة أطول وتناسب بشكل أفضل التطبيقات التي تتطلب دورات متكررة. قد تكون بطاريات الرصاص الحمضية خيارًا أفضل في الحالات التي سيتم فيها استخدام البطارية بشكل أقل تكرارًا أو حيث تكون التكلفة اعتبارًا رئيسيًا.
معدل الرسوم
يمكن شحن بطاريات LiFePO4 بمعدل أسرع من بطاريات الرصاص الحمضية. يمكن لبطاريات LiFePO4 تحمل معدل شحن يصل إلى 1C، مما يعني أنه يمكن شحنها بتيار يعادل سعتها بالساعة الأمبيرية (Ah).
على سبيل المثال، يمكن لبطارية LiFePO4 بسعة 100Ah تحمل معدل شحن يصل إلى 100A. بالمقابل، عادةً ما يكون لم batteries الرصاص الحمضية معدل شحن موصى به يتراوح بين 0.2C إلى 0.25C، مما يعني أنه يجب شحن بطارية الرصاص الحمضية بسعة 100Ah بتيار أقصى يتراوح بين 20-25A.
وقت الشحن
بفضل معدل الشحن الأعلى، يمكن شحن بطاريات LiFePO4 بشكل أسرع بكثير من بطاريات الرصاص الحمضية. يمكن شحن بطارية LiFePO4 إلى 80% من السعة في 1-2 ساعة، بينما تستغرق بطارية الرصاص الحمضية عادةً 8-10 ساعات للوصول إلى 80% من السعة.
كفاءة
تتمتع بطاريات LiFePO4 بكفاءة شحن أعلى من بطاريات الرصاص الحمضية، مما يعني أن المزيد من الطاقة من مصدر الشحن يتم تخزينها في البطارية بدلاً من أن تضيع كحرارة. وهذا يؤدي إلى أوقات شحن أسرع وأقل هدر للطاقة.
سعة
تتميز بطاريات LiFePO4 عادةً بسعة أعلى من بطاريات الرصاص الحمضية بنفس الحجم، مما يعني أنها يمكن أن تخزن طاقة أكثر. وذلك لأن بطاريات LiFePO4 لديها كثافة طاقة أعلى، مما يسمح لها بتخزين المزيد من الطاقة في مساحة أصغر.
بالإضافة إلى ذلك، تتمتع بطاريات LiFePO4 بسعة قابلة للاستخدام أعلى مقارنة ببطاريات الرصاص الحمضية. وهذا يعني أنها يمكن أن تفريغ المزيد من سعتها الإجمالية قبل الحاجة إلى إعادة شحنها. من ناحية أخرى، تتمتع بطاريات الرصاص الحمضية بسعة قابلة للاستخدام أقل ويجب عدم تفريغها إلى ما بعد نقطة معينة، حيث إن القيام بذلك يمكن أن يتسبب في تلف البطارية.
أمان
من مزايا بطاريات LiFePO4 استقرارها وسلامتها. إنها أقل عرضة للسخونة الزائدة والانفجار الحراري مقارنة بأنواع بطاريات الليثيوم أيون الأخرى، ومن غير المرجح أن تشتعل أو تنفجر.
تولد بطاريات الرصاص الحمضية غاز الهيدروجين أثناء الشحن، والذي يمكن أن يكون متفجراً في ظروف معينة. من ناحية أخرى، لا تولد بطاريات LiFePO4 غازاً أثناء الشحن، وبالتالي فهي أكثر أماناً في هذا الصدد.
تكون بطاريات الرصاص الحمضية أكثر عرضة للتسرب من بطاريات LiFePO4. يمكن أن يكون هذا خطرًا على السلامة في الحالات التي يتلامس فيها الإلكتروليت المتسرب مع الجلد أو العينين.
تحتوي بطاريات الرصاص الحمضية على الرصاص ومعادن ثقيلة أخرى، والتي يمكن أن تكون سامة إذا تسربت أو تم التخلص منها بشكل غير صحيح. من ناحية أخرى، لا تحتوي بطاريات LiFePO4 على أي معادن ثقيلة وبالتالي فهي أكثر أمانًا للبيئة ولصحة الإنسان.
بشكل عام، بطاريات LiFePO4 تتمتع عمومًا بملف أمان أفضل بسبب انخفاض خطر الانفجار الحراري، وتوليد الغاز، والتسرب، ومحتوى المعادن الثقيلة السامة.
كثافة الطاقة
بطاريات LiFePO4 تتمتع بكثافة طاقة، مما يعني أنها يمكن أن تخزن الكثير من الطاقة في حزمة صغيرة وخفيفة الوزن نسبيًا. كما أنها متينة للغاية ويمكن أن تتحمل عددًا كبيرًا من دورات الشحن والتفريغ، مما يجعلها خيارًا شائعًا للتطبيقات التي تتطلب تخزين طاقة موثوق وطويل الأمد.
ومع ذلك، فإن بطاريات الرصاص الحمضية ثقيلة ولديها كثافة طاقة منخفضة نسبياً، مما يعني أن لديها كمية محدودة من الطاقة المخزنة لكل وحدة وزن. بالإضافة إلى ذلك، فإنها تتطلب صيانة، مثل إعادة تعبئة محلول الإلكتروليت بشكل دوري وتنظيف الأطراف.
كفاءة الرحلة ذهابًا وإيابًا
كفاءة الرحلة ذهابًا وإيابًا للبطارية تشير إلى كمية الطاقة التي يمكن استرجاعها من البطارية بالنسبة إلى كمية الطاقة التي تم إدخالها فيها.
بطاريات LiFePO4 عادةً ما تكون لديها كفاءة جولة كاملة تبلغ حوالي 92-96%، مما يعني أنه يمكن استرداد تقريبًا كل الطاقة المدخلة إلى البطارية. بالمقابل، بطاريات الرصاص الحمضية عادةً ما تكون لديها كفاءة جولة كاملة تبلغ حوالي 75-85%، مما يعني أن بعض الطاقة تُفقد أثناء الشحن والتفريغ.
صيانة
تتمتع بطاريات LiFePO4 وبطاريات الرصاص الحمضية بفروق كبيرة عندما يتعلق الأمر بالصيانة.
صيانة بطاريات LiFePO4:
- تتطلب بطاريات LiFePO4 صيانة قليلة جداً مقارنة ببطاريات الرصاص الحمضية.
- إنها لا تتطلب الموازنة المنتظمة أو إعادة تعبئة المياه مثل بطاريات الرصاص الحمضية.
-
لديهم أيضًا عمر افتراضي أطول وعادةً ما يمكن أن يدوموا حتى 10 سنوات أو أكثر، مما يقلل من الحاجة إلى الاستبدال والصيانة المتكررة.
صيانة بطاريات الرصاص الحمضية:
- تتطلب بطاريات الرصاص الحمضية صيانة منتظمة لضمان عملها بأقصى أداء.
- يحتاجون إلى إعادة ملء المياه بانتظام، خاصة في المناخات الحارة أو خلال الاستخدام المكثف، لمنع الألواح من الجفاف وتكوين الكبريت.
- يحتاجون أيضًا إلى تسوية منتظمة لموازنة جهد كل خلية ومنع الشحن الزائد أو الشحن الناقص.
-
إن عدم صيانة بطارية الرصاص الحمضية يمكن أن يقلل بشكل كبير من عمرها الافتراضي، وعادةً ما تحتاج إلى الاستبدال كل 3 إلى 5 سنوات.
باختصار، تتطلب بطاريات LiFePO4، من ناحية أخرى، صيانة أقل وهي أقل عرضة للتلف نتيجة الشحن الزائد.
بطارية LiFePO4 مقابل بطارية الرصاص الحمضية: أيهما أفضل للطاقة الشمسية؟
عندما يتعلق الأمر بتخزين الطاقة الشمسية، تعتبر بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم (LiFePO4) عمومًا متفوقة على بطاريات الرصاص الحمضية.
تتمتع بطاريات LiFePO4 بعدد من المزايا مقارنة ببطاريات الرصاص الحمضية، بما في ذلك كثافة طاقة أعلى، وعمر دورة أطول، ووقت شحن أسرع، ومعدل تفريغ ذاتي أقل. كما أن بطاريات LiFePO4 عمومًا أكثر متانة، مع خطر أقل من التلف الناتج عن التفريغ العميق أو الشحن الزائد. بالإضافة إلى ذلك، لا تنتج بطاريات LiFePO4 غازات سامة ولا تتطلب صيانة كما تفعل بطاريات الرصاص الحمضية.
بينما قد تكون بطاريات الرصاص الحمضية أقل تكلفة في البداية، إلا أن عمرها الافتراضي الأقصر واحتياجاتها الأعلى للصيانة يمكن أن تجعلها أكثر تكلفة في النهاية. علاوة على ذلك، تميل بطاريات الرصاص الحمضية إلى فقدان السعة في درجات الحرارة القصوى، في حين يمكن لبطاريات LiFePO4 العمل بفعالية في مجموعة واسعة من درجات الحرارة.
في الملخص، بينما قد تكون بطاريات الرصاص الحمضية أرخص في البداية، إلا أن الفوائد طويلة الأجل لبطاريات LiFePO4 تجعلها الخيار الأفضل لتخزين الطاقة الشمسية. توفر بطاريات LiFePO4 كثافة طاقة أعلى، وعمر دورة أطول، ووقت شحن أسرع، ومعدل تفريغ ذاتي أقل، ومتانة أكبر، ومتطلبات صيانة أقل.
اترك تعليقًا
This site is protected by hCaptcha and the hCaptcha Privacy Policy and Terms of Service apply.