SSTCO

تاریخچه و معرفی باتری های سرب اسیدی

image

در سال ۱۳۳۰ خورشیدی، باستان شناسان آلمانی در نزدیکی تیسفون ابزارهایی از دوران اشکانیان (۲۵۰ پ.م. ۲۲۴ م.) رايافتند. پس از بررسی معلوم شد که این ابزارها پیل‌های الکتریکی هستند که به دست ایرانیان ساخته شده و به کار برده می‌شده‌اند.

او در مقاله ای این مطلب را منتشر کرد و از این وسیله با عنوان باتری باستان یاد کرد که برای آبکاری و انتقال لایه ای از طلاو نقره از سطحی به سطح دیگر به کار می‌رفته است.

نمونه هايي از باتري هاي تيسفون

درسال 1801 فیزیکدان فرانسوی N.Gautherot دو الکترود یک پیل را به دو سیم پلاتینیم متصل کرد و آنها را در محلول اسید سولفوریک غوطه ور ساخت و جریان الکتریکی را از آنها عبور داد. هنگامی که جریان الکتریکی از میان الکترودهای سرب غوطه ور در محلول H2SO4 عبور داده شد دی اکسید سرب در یکی از الکترودها تشکیل شد وآب به هیدروژن و اکسیژن تجزیه شد و هنگامی که چرخه قطع گردید و سیمهای پلاتینیم به یکدیگر متصل شدند جریان الکتریکی برای مدت زمان کوتاهی در جهت مخالف حرکت کرد .

چنین آزمایشاتی توسط کاستنردر1810،نوبیلی در1828،شون بین (SchÖnbein) در 1838 و ویت استون (Wheatstone) در سال 1843 نیز انجام شد .

در سال 1854 کارمند بهداری آلمان ویلهلم ساین استدن در حالی که پدیده های الکتریکی را مطالعه می کرد مشاهده کرد که هنگامی که جریان الکتریکی از میان الکترودهای سرب غوطه ور در محلول اسید سولفوریک رقیق عبور می کند جریان الکتریکی بدست می آید که خروجی انرژی آن 0.1 Wh/Kg برای 15 دقیقه دشارژ می باشد .

گاستن پلانته – مخترع باتریهای سرب اسیدی

در سال 1859 فیزیکدان فرانسوی گاستن پلانته پلاریزاسیون بین دو الکترود یکسان غوطه ور شده در محلولهای آبی رقیق اسید سولفوریک را مطالعه کرد. او الکترودهای مختلف مثل الکترود سرب، نقره، قلع، مس، طلا، پلاتتین و آلومینیم را بررسی کرد. او ثابت کرد که بسته به نوع الکترود استفاده شده هنگامی که جریان الکتریکی از الکترودها عبور می کند سلها به اندازه های مختلفی پلاریزه می شوند و به منابع جریان برگشتی تبدیل می گردند. او نتایج همه این آزمایشات را در مقاله خود با عنوان ‘Recherches sur la polarisation voltaique’ منتشر کرد که در Comptes Rendus آکادمی علوم فرانسه در 1859 به چاپ رسید.

گاستن پلانته ثابت کرد که جریان ثانویه که از یک پیل با صفحات سربی که توسط یک نوار لاستیکی جدا شده اند و در محلول اسید سولفوریک 10% غوطه ور شده اند بالاترین مقدار را دارا بوده و طولانی ترین دوره زمانی را در مقایسه با سایر پیلهای تحت آزمایش دارد.

در 26 مارس 1860 گاستن پلانته قبل از آکادمی علوم فرانسه اولین باتری سرب اسیدی قابل شارژ با 9 سل که بصورت موازی متصل شده بودند ارائه کرد و آنرا در مقاله ای با عنوان ‘Nouvelle pile secondaire d’une grande puissance’ نشان داد و به این ترتیب عملاً باتریهای سرب اسیدی متولد شدند.

در سال 1989 در آستانه یکصد و سی امین جشن سالگرد اختراع باتریهای سرب اسیدی و در رابطه با اولین کنفرانس بین المللی LABAT در مورد باتریهای سرب اسیدی آکادمی علوم بلغارستان با اجازه آکادمی علوم فرانسه جایزه ای (بصورت مدال) به نام دانشمند بزرگ فرانسوی گاستن پلانته ابداع کرد .

مدال گاستن پلانته هر سه سال یکبار به دانشمندان برجسته ای که سهم مهمی در توسعه دانش و تکنولوژی باتریهای سرب اسیدی داشتند اهدا می شد. دریافت کنندگان این جایزه توسط یک کمیته بین المللی متشکل از 15 دانشمند از سرتاسر جهان انتخاب می شدند. تا کنون مدال گاستن پلانته به 11 دانشمند از 7 کشور جهان اهدا شده است که در پیشرفت باتریهای سرب اسیدی شرکت داشته اند و باعث پیشرفت و توسعه در زمینه باتریهای سرب اسیدی شده اند.

چه مشکلاتی در راه پیشرفت باتریهای سرب اسیدی وجود داشت

1- باتریهای سرب اسیدی حدود 10 سال قبل از اختراع ژنراتورهای مکانیکی الکتریسیته کشف شده بودند. به عنوان منابع نیروی ثانویه ، باتریهای سرب اسیدی نیاز به ابزارهای شارژ کننده ای دارند که ارزان بوده تا به آسانی شارژ شوند. در آن زمان باتریها توسط پیلهای دانیل و یا پیلهای بونزن شارژ می شدند که روش ساده ای در همه مواقع نبود .

2- در 1879 توماس ادیسون در آمریکا و جوزف سوان Joseph Swan در انگلیس لامپ نوری را اختراع کردند بنابراین این امکان فراهم شد تا انرژی الکتریکی به نور تبدیل شود. اختراع لامپهای رشته ای استفاده از انرژی الکتریکی را در زندگی روزمره مردم گسترش داد. الکتریسیته وارد زندگی مردم شد. نیاز به باتریهای سرب اسیدی افزایش پیدا کرد اما تولید در مقیاس بالای باتریهای سرب اسیدی با استفاده از تکنولوژی کارخانجات آنها به سختی انجام می شد .

فوراً بعد از این اختراع باتریهای انباره ای سرب اسیدی توجه محققین زیادی را جلب کرد که سعی در تغییر پیل پلانته داشتند .

بدین ترتیب با حل شدن مشکل شارژ  باتریها وامکان تولید انبوه و نیز افزایش استفاده از انرژی الکتریکی در زندگی روزمره انسانه پیلهای الکتریکی وخصوصا باتریهای سرب اسیدی وارد عرصه تازه ای گشتند .

اولین کاربردهای باتریهای سرب اسیدی در زندگی انسان

در اوایل دهه 1880 باتریهای سرب اسیدی با ظرفیت بالا و با تکنولوژی نسبتاً ساده تولید شدند. این باتریها سریعاً کاربردهای عملی گوناگونی پیدا کردند درسال 1881 Gustave Trouve  برای اولین بار باتری سرب اسیدی را در اتومبیل الکتریکی سه چرخ خودش مورد استفاده قرار داد وسرعت آن را به 12 Km/hr رساند. درسال 1886 اولین زیردریایی که با باتریهای سرب اسیدی کار می کرد در فرانسه شروع بکار کرد. باتری سرب اسیدی در یک بالن کوچک قابل هدایت که با سرعت 4 m/S کار می کرد نیز نصب شد. در سال1899 Camille Jenatzy به رکورد سرعت 109 km/hr با ماشین الکتریکی (cigar-shaped) خودش رسید که با نیروی باتریهای سرب اسیدی کار می کرد.

باتریهای سرب اسیدی سریعاً در تکنولوژی های ارتباطات تلگرافی نو ظهور پذیرفته شدند . ابتدا در تلگراف الکتریکی مورس و سپس توسط شرکتهای تلفن در آمریکا مورد استفاده قرار گرفتند .

در سال 1882 در شهر پاریس یک سیستم به منظور توزیع الکتریسیته جهت روشنایی نصب شد که ترکیبی از باتریهای سرب اسیدی و دینامها بود. اولین خیابان روشن شده توسط الکتریسیته Grands Magasins du Louvre در پاریس بود (شهر روشنایی ها). در سال 1883 پلانته کاخ امپراتوری فرانس جوزف   (Franz Josef) در وینا را با ابزارهای ثابت و قابل حمل برای روشنایی تجهیز کرد. باتریهای سرب اسیدی بتدریج در بخشهای مختلف صنعتی  گسترش پیدا کردند و ابزار مهمی برای تولید و ذخیره انرژی الکتریکی گردیدند. بنابراین مرحله اول در توسعه سیستم باتریهای سرب اسیدی و تکنولوژی تولید آنها کامل شد .

موقعیت باتریهای سرب اسیدی در بین منابع نیروی الکتروشیمیایی ثانویه 

با مقایسه پارامترهای اقتصادی و توان تولید انرژی در منابع مختلف الکتریکی میتوان آنها را باهم مقایسه نمود جدول ذیل خلاصه ای از خواص شش نوع منبع نیروی ثانویه که بیشترین استفاده را در حال حاضر دارند نشان می دهد. اطلاعات از مطالعات Wentzl و Kohler استخراج شده است. می توانیم ببینیم که باتریهای سرب اسیدی در مقایسه با سایر انواع باتریها قدرت و انرژی پایین تری دارند .

جدول ذیل مقدار قیمتهای (بر حسب وات ساعت بر دلار ) انرژی الکتریکی تولید شده و همچنین مزایا و معایب منابع نیروی مختلف را نشان می دهد. مشاهده میشود باتریهای سرب اسیدی ، انرژی 2 تا 3 برابر ارزانتر از سایر انواع باتریها تولید می کنند. تنها عیب این باتریها انرژی مخصوص پایین (Wh/Kg) آنها است که بدلیل وزن اتمی بالای سرب می باشد.

برتریهای باتری سرب اسیدی به سایر انواع پیل های الکترو شیمیایی :

  • باتریهای سرب اسیدی توان تولید انرژی مناسبی دارند ، قابل اطمینان هستند و به آسانی تولید می شوند.
  • ارزان هستند .
  • منابع تولید آنها عملاً نامحدود است.
  • تقریباً 95% مواد استفاده شده در باتریهای سرب اسیدی قابل بازیافت هستند.
  • باتری های سرب اسیدی می توانند انرژی را برای مدت زمان طولانی ذخیره کنند .

ضعف باتری سرب اسیدی به سایر انواع پیلهای الکتروشیمیایی :

در بین انواع مختلف باتریها باتریهای سرب-اسیدی بیشترین تقاضا را  دارند. فقط در امریكا، بازار كل باتریهای سرب اسیدی از320 میلیون دلار در سال 2000 به 440 میلیون دلار در سال 2001 و1.6 ملیارد دلار در سال 2011 رسیده است.

سرعت رشد سه كاربرد عمده در بازار صنعت باتری