9 صناعات تعتمد على بطاريات الرصاص الحمضية وتطبيقات المركبات
2024-07-12 09:04تلعب بطاريات الرصاص الحمضية دورًا مهمًا في جميع التطبيقات الكهربائية.
بطاريات ليثيوم أيونأصبحت المفضلة عالميًا لتخزين الطاقة مع مزايا الوزن الخفيف، والطاقة القوية، وعمر الخدمة الطويل، مما يجعلها مصدرًا رئيسيًا لتطبيقات الهاتف المحمول مثل السيارات الكهربائية، والإلكترونيات الشخصية، والهواتف المحمولة، بالإضافة إلى الأدوات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات. ومع ذلك، فإن بطاريات الرصاص الحمضية التقليدية (التي يتم استبدالها تدريجياً ببطاريات الليثيوم أيون) لا تزال في اتجاه نمو: إحصائياً، من المتوقع أن تصل إلى 59.7 مليار دولار في عام 2026، بمتوسط معدل نمو سنوي قدره 5.2%.
تم استخدام بطاريات الرصاص الحمضية في تطبيقات مختلفة لأكثر من 160 عامًا وتظل البطارية الكهروكيميائية القابلة لإعادة الشحن الأكثر استخدامًا على نطاق واسع لتطبيقات تخزين الطاقة الصغيرة والمتوسطة الحجم. بطاريات الرصاص الحمضية آمنة ومنخفضة التكلفة وسهلة الشحن وإعادة التدوير. تتكون البطارية من قطبين كهربائيين مغمورين في إلكتروليت حمض الكبريتيك. يتكون القطب الموجب من معدن أكسيد الرصاص، بينما يتكون القطب السالب من معدن الرصاص.
تنقسم بطاريات الرصاص الحمضية إلى نوعين: بطاريات الرصاص الحمضية المغمورة بالمياه وبطاريات الرصاص الحمضية الخاضعة للتنظيم والتي لا تحتاج إلى صيانة (في آر إل إيه). تعد بطاريات الرصاص الحمضية المغمورة منخفضة التكلفة نسبيًا، ولكنها تتطلب الكثير من الصيانة والتهوية مقارنة ببطاريات في آر إل إيه التي لا تحتاج إلى صيانة. بطاريات الاجتماع العام السنوي هي نوع من بطاريات في آر إل إيه المزودة بفاصل من الألياف الزجاجية يحتوي على إلكتروليت حمض الكبريتيك، والتي يمكن تشغيلها في أي وضع ودون التعرض لخطر تسرب الإلكتروليت حتى لو كانتبطاريةتم ثقب القضية.
تُستخدم بطاريات الرصاص الحمضية بشكل شائع في أنظمة التشغيل والإيقاف في السيارات نظرًا لتكلفتها المنخفضة وقدرتها على توليد تيارات عالية لفترة قصيرة واستخدام الشحن بواسطة مولدات التيار المتردد داخل السيارة. بالنسبة للاستخدامات الأخرى، تمثل بطاريات الرصاص الحمضية بعض التحديات، بما في ذلك دورة الحياة المنخفضة نسبيًا وانخفاض كثافة الطاقة بسبب وزنها الثقيل (المصنوعة من الرصاص).
على الرغم من أن بطاريات الرصاص الحمضية في المائة عام الثانية من عمرها، إلا أنها لا تزال تلعب دورًا حيويًا في القرن الحادي والعشرين، خاصة في البيئات الصناعية. لقد جمعنا 9 تطبيقات لبطاريات الرصاص الحمضية، والتي قد تفاجأ بها.
بطارية الرصاص الحمضية لبدء تشغيل السيارة (سِلي)
تستخدم بطاريات الرصاص الحمضية بشكل رئيسي في بدء تشغيل السيارة. يُسمى هذا التطبيق "البدء والإضاءة والإشعال" (سِلي). يمكن لبطاريات الرصاص الحمضية توليد تيارات عالية ضرورية لتشغيل محرك الاحتراق الداخلي البارد (الجليد).
يمكن لبطارية الرصاص الحمضية 12 فولت تشغيل السيارة، والإضاءة، وعرض العدادات، والراديو، والتحكم في الهواء البارد، وما إلى ذلك. قد يؤدي تطور النقل الكهربائي في النهاية إلى تقليل مركبات محركات الاحتراق الداخلي، ومع ذلك، فإن إنتاج البنزين والديزل منخفض التكلفة ستحافظ السيارات التي تعمل بالطاقة في الهند وآسيا على متطلبات عالية من حمض الرصاص سِليالبطارياتفي العقود القادمة.
يمكن شحن بطاريات الرصاص الحمضية باستخدام مولدات التيار المتردد الموجودة في السيارة وعدد قليل من الأجهزة الإلكترونية، بينما يجب مراقبة بطاريات الليثيوم أيون بعناية بواسطة إلكترونيات متطورة أثناء الشحن لتجنب الهروب الحراري بسبب الشحن الزائد.
لا تزال هناك كمية كبيرة من بطاريات الرصاص الحمضية سِلي لا يتم إعادة تدويرها وسيتسبب معدن الرصاص الموجود في البطاريات في تلوث البيئة، وفي هذه الحالة، أصدرت الحكومة الكثير من السياسات التنظيمية والحوافز المالية لتعزيز إعادة تدوير حمض الرصاص البطاريات، مع نسبة إعادة تدوير عالية تصل إلى 95%، وهو عامل حيوي آخر للاستخدام المستمر لبطارية الرصاص الحمضية.
بطارية حمض الرصاص للرافعة الشوكية
لقد حلت الرافعات الشوكية التي تعمل بالبطاريات إلى حد كبير محل تلك التي تعمل بالغاز الطبيعي. يمكنك قيادة الرافعات الشوكية الكهربائية في المباني أو الأماكن المغلقة دون الخوف من تجمع الأبخرة السامة وأول أكسيد الكربون الذي يضر بصحة الإنسان.
الرافعة الشوكية عبارة عن تطبيق للهاتف المحمول حيث سيساعدها وزن بطاريات الرصاص الحمضية. عادةً ما يتم وضع بطارية الرصاص الحمضية في موضع منخفض للمساعدة في التوازن، خاصة عندما يحتاج رافع الرافعة الشوكية إلى وضع المنتجات في موضع أعلى. قد يتطلب استبدال بطاريات الرصاص الحمضية ببطاريات أخف (على سبيل المثال، بطاريات الليثيوم أيون) موازنة الرافعة الشوكية للحفاظ على التشغيل الآمن.
الرافعة الشوكية، باعتبارها جزءًا مهمًا من صناعة مناولة المواد، تعد الإنتاجية والتكلفة المنخفضة من الاعتبارات المهمة، لذلك، ستستمر بطاريات الرصاص الحمضية في أخذ زمام المبادرة في تطبيقات الرافعات الشوكية.
إمدادات الطاقة في حالات الطوارئ لمركز البيانات
يعتمد عمالقة الإنترنت مثل أمازون وFacebook وGoogle على أنظمة البيانات لمواصلة العمل. عندما يكون هناك انقطاع مفاجئ للتيار الكهربائي أو انقطاع قصير في مصدر الطاقة، سيتم تنشيط نظام الطاقة غير المنقطعة (يو بي إس) لإبقاء مراكز البيانات متصلة بالإنترنت. ستعمل حزم البطاريات القابلة لإعادة الشحن كقوة احتياطية للدعم في أي وقت.
تقليديًا، نظرًا لمزايا التكلفة المنخفضة والمتطلبات الفنية المنخفضة للشحن، تعد بطاريات الرصاص الحمضية هي الخيار الأول لنظام الاستعداد لفترة طويلة. لم يعد وزن بطارية الرصاص الحمضية عاملاً حيويًا في هذا التطبيق لأن البطارية تكون دائمًا في حالة ثابتة طوال عمرها الافتراضي.
تحل بطاريات الليثيوم أيون بالفعل محل بطاريات الرصاص الحمضية في بعض تطبيقات مراكز البيانات. بالإضافة إلى عمر خدمة أطول (تتمتع بطاريات لي-أيون بعمر دورة يبلغ حوالي 1000 دورة مقارنةً بـ 300 إلى 400 لبطاريات حمض الرصاص)، يمكن لبطاريات لي-أيون أن تدعم نفس كمية الطاقة التي تدعمها بطاريات حمض الرصاص أثناء وجودها في مساحة أصغر. ، والذي سيكون أحد الاعتبارات الرئيسية عندما تكون المنطقة المشغولة من مركز البيانات باهظة الثمن. ومع ذلك، لن تختفي بطارية الرصاص الحمضية قريبًا لأنها لا تزال تتمتع بميزة فعالة من حيث التكلفة.
برج الإشارة/خدمة 5G
أصبحت الهواتف المحمولة أداة لا غنى عنها في الحياة الحديثة. في حالة انقطاع التيار الكهربائي، يجب أن يكون لدى برج الإشارة طاقة احتياطية للتشغيل العادي للهاتف الخلوي. تأتي الطاقة الاحتياطية على شكل بطاريات احتياطية وفي بعض الأحيان مولد طاقة مساعد، يمكنه الحفاظ على خدمة الهاتف لعدة ساعات حتى في حالة تعطل شبكة الكهرباء.
التكلفة المنخفضة نسبيًا ومتطلبات الصيانة المنخفضة لبطاريات الرصاص الحمضية تجعلها الخيار المفضل لأبراج الإشارة كطاقة احتياطية.
تلتزم خدمات 5G بالابتكار في مجالات مختلفة بدءًا من التطبيب عن بعد وحتى قيادة السيارات الأوتوماتيكية، ومن المرجح أن تزداد احتياجات الطاقة. بالمقارنة مع بطاريات الرصاص الحمضية، يمكن لبطاريات الليثيوم أيون صغيرة الحجم توفير المزيد من الطاقة في نفس المساحة. إن التوسع في صناعة الاتصالات السلكية واللاسلكية في الولايات المتحدة والبرازيل والهند وهونج كونج يتطلب أنظمة إمدادات الطاقة غير المنقطعة، ويبقى أن نرى ما إذا كانت بطاريات الليثيوم أيون سوف تبدأ في استبدال بطاريات الرصاص الحمضية في هذه التطبيقات.
تخزين الطاقة المتجددة
تنمو أجهزة توليد الطاقة من الطاقة المتجددة بشكل أسرع في أمريكا. سيتم تخزين الطاقة المتجددة المتقطعة مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية في نظام تخزين الطاقة وإطلاقها عند الحاجة.
تلعب بطاريات الرصاص الحمضية منخفضة التكلفة دورها مرة أخرى لأن البطاريات الكهروكيميائية أصبحت خيارًا شائعًا لتخزين الطاقة المتجددة للاستخدام المنزلي والصناعي على نطاق الشبكة. غالبًا ما تُستخدم بطاريات الرصاص الحمضية في التطبيقات خارج الشبكة، مثل الشبكات الصغيرة المستقلة، خاصة حيث يمكن أن تشكل التكاليف الأولية عائقًا.
الغواصات النووية التي تعمل بالديزل
إذا كنت قد شاهدت بعض الأفلام عن الغواصات التي تعمل بالديزل في الحرب العالمية الثانية، فسوف تفهم أهمية البطاريات بالنسبة لهم. في أحد أفلام هوليوود، تعود قدرة الغواصة على العمل تحت الماء والعودة إلى السطح كثيرًا إلى العدد الكبير من بطاريات الرصاص الحمضية التي تتطلب الاهتمام المستمر من الطاقم بأكمله تقريبًا.
نما أسطول الغواصات الأمريكية وارتفع خلال الحرب العالمية الثانية، حيث بلغ عدد الغواصات 263 غواصة تقوم بدوريات حربية. وتمتلك الغواصة الأمريكية بطاريتين، إحداهما تتكون من 126 بطارية من الرصاص الحمضي. يمكن أن يتم الشحن على سطح الماء أو على محرك ديزل يتنفس تحت الماء من خلال نظام التهوية.
تتكون الصيانة الروتينية من ملء البطاريات بالماء المقطر من خزان كبير بالقرب من غرفة البطارية. كما هو الحال مع الغواصات السابقة، تم وضع البطاريات في موضع منخفض للحفاظ على استقرار الغواصة.
في عام 1954، تغير كل شيء بالنسبة للغواصة مع إطلاق حاملة الطائرات يو إس إس نوتيلوس التي تعمل بالطاقة النووية. بفضل التوربينات البخارية والكثير من الكهرباء لتنقية الماء والهواء، يمكن للغواصات النووية البقاء تحت الماء لعدة أشهر في المرة الواحدة والسفر لمسافات كبيرة بسرعات عالية. ومن المثير للاهتمام أن الغواصات النووية لا تزال تحمل مجموعات بطاريات الرصاص الحمضية للتشغيل والعودة إلى سطح الماء في حالة حدوث مشاكل في المفاعلات والمولدات النووية.
إن استخدام بطاريات الرصاص الحمضية شديدة التحمل لا يوفر طاقة احتياطية للغواصات النووية فحسب، بل يحافظ أيضًا على التوازن. وذلك لأن الهواء الموجود داخل الغواصة يوفر القدرة على الطفو، كما أن الكمية الكبيرة من الرصاص الموجودة في بطاريات الرصاص الحمضية تساعد على سحب الغواصة تحت الماء أثناء الغوص. يمكن استخدام بطاريات أخف، لكن الغواصات قد لا تزال بحاجة إلى صابورة الرصاص للمساعدة في الحفاظ على طفوها المحايد تحت الماء.
إمدادات الطاقة في حالات الطوارئ للمستشفيات
المستشفيات عبارة عن بنى تحتية معقدة تتطلب مصدر طاقة ثابتًا ومستقرًا وموثوقًا. يمكن أن يؤدي أي انقطاع قصير في الطاقة إلى فقدان بيانات المريض وتعطيل معدات الإنقاذ الطبية والمراقبة وإضاءة الطوارئ وإشارات الخروج الآمن وأنظمة الأمان.
لدى معظم المستشفيات نظام بطارية احتياطية لانقطاع التيار الكهربائي على المدى القصير ونظام مولد لانقطاع التيار الكهربائي لفترة أطول. قد يستغرق الأمر 10 دقائق أو أكثر لإصلاح انقطاع التيار الكهربائي وتشغيل الطاقة الاحتياطية.
تكون بطاريات الطوارئ بالمستشفيات في حالة الاستعداد معظم الوقت. عند انقطاع التيار الكهربائي، يجب أن يقوم نظام يو بي إس بالتفريغ بسرعة عند تيار مرتفع حتى يتمكن المولد من العمل بشكل صحيح. عند استعادة الطاقة، يستمر نظام الطاقة غير المنقطعة في شحن البطارية ثم يدخل في فترة استعداد أخرى. على الرغم من عدم استخدام بطاريات يو بي إس في كثير من الأحيان، إلا أن هذه البطاريات عادة ما تكون سريعة وصلبة، وهي مناسبة تمامًا لتزويد المستشفيات بالطاقة.
متطلبات تحويل ذروة الشبكة
يجب أن تتمتع الشبكة بقدرات توليد قوية لتوفير طاقة موثوقة ومستقرة خلال فترات الذروة. تاريخياً، كانت تلبية ذروة الطلب عادة من خلال المولدات ذات التكلفة الأعلى التي تستخدم الآن أنظمة تخزين البطاريات لتلبيتها.
تتميز بطاريات الرصاص الحمضية بتكلفة أولية منخفضة، مما يجعلها جذابة في ذروة تحميل الطاقة؛ ومع ذلك، فإن عمر الدورة القصيرة وعدم القدرة على البقاء بدون شحن أو تفريغها بعمق لفترات طويلة يحد من استخدامها في تطبيقات أنظمة الطاقة على نطاق المرافق. تعد بطاريات الرصاص الحمضية أكثر ملاءمة لبعض خدمات الشبكة التي تتطلب تنظيمًا متكررًا وشحنًا سطحيًا وتفريغًا.
في عام 2012، طورت شركة شرق بنسلفانيا تصنيع بطارية فائقة بقدرة 3 ميجاوات يمكنها توفير خدمات تنظيم التردد وإدارة الطلب من خلال نظام هجين لبطاريات الرصاص الحمضية. عند عدم توفير خدمات إضافية للشبكة، يمكن لنظام تخزين الطاقة توفير خدمات إدارة الطلب لمرفق التوزيع المحلي.
بطاريات الرصاص الحمضية للسيارات الكهربائية
تعد بطاريات الليثيوم أيون الخيار الأول في بطاريات الطاقة لمحركات الجر للسيارات الكهربائية (قيمة كهربائية)، لكن العديد منها يستمر في استخدام بطاريات الرصاص الحمضية لتشغيل الأنظمة مثل المعالجات الدقيقة لنظام التشغيل والإضاءة وأجهزة الراديو والترفيه. عادةً ما يتم شحن بطاريات الرصاص الحمضية ذات الجهد المنخفض باستخدام محول دي سي-دي سي الذي يحول الجهد العالي (300-600 فولت) لحزمة بطارية الليثيوم أيون إلى جهد منخفض (12 فولت) يحافظ على شحن بطارية الرصاص الحمضية.
تعد التكلفة وبساطة التشغيل المحركين الرئيسيين لاستخدام بطاريات الرصاص الحمضية في تطبيقات ملحقات المركبات الكهربائية. بطاريات الرصاص الحمضية ثقيلة، ومع مرور الوقت، تبدأ السيارات الكهربائية في استخدام بطاريات ليثيوم أيون مساعدة أخف وزنًا بقدرة 12 فولت أو عدم استخدام بطاريات مساعدة، ولكنها تعمل مباشرة على تشغيل الدوائر ذات الجهد المنخفض لبطاريات الرصاص الحمضية من خلال محول دي سي-دي سي.