1-1-2-2-4 سلول‌های منفذ دار (سلول‌های سيلابي)

اگرچه اصطلاح سلول‌های منفذ دار در جديدترين استانداردهاي مرتبط با اين نوع سلول‌ها، به‌منظور متمايز كردن آن‌ها از سلولهاي با دريچه تنظيم، به كار می‌رود، بسياري در صنعت ازجمله کاتالوگ‌ها و راهنماي استفاده از محصولات بسياري از سازندگان باتري، هنوز واژه سلولهاي سيلابي را به كار می‌برند. با توجه به اين امر، از هر دو واژه در اين نشريه استفاده می‌شود. سلول منفذ دار (سيلابي) سلولي است كه در آن صفحات در الكتروليت غرق‌شده‌اند (شكل 3-4). الكتروليت، كه اسیدسولفوریک رقیق‌شده با آب است، در صورت خم كردن يا سروته كردن سلول می‌توان از آن سر رود.

عرفا، وزن مخصوص شارژ كامل اسمي الكتروليت براي سلولهاي منفذ دار نوع ثابت 10٪ ± 215 ر 1 بود.

به‌هرحال سلولهاي در دسترس امروزي اغلب و بخصوص در مواردي كه در سیستم‌های UPS به کار می‌روند داراي وزن مخصوص اسمي 250 و/1 300/1 می‌باشند. الكتروليت با وزن مخصوص بالاتر به سلولي با ظرفيت بيشتر منجر می‌شود ولي عمر كاري آن به نحوي از انحا کاهش‌یافته و براي ترميم تلفات داخلي بيشتر سلول، ولتاژ شناور آن بايد افزايش يابد. علاوه بر اين، هنگامی‌که باتري در مكاني با دماي محيط متوسط ºF85 به كار گرفته می‌شود، وزن مخصوص اسمي 170/1 را می‌توان در نظر گرفت. در اين مورد سلول داراي منفذ بوده و گازهاي تولیدشده در طول زمان شارژ از طريق آن خارج می‌شوند. به‌منظور پرهيز از احتراق تصادفي اين گازها، سلول بايد به منفذ نوع ضد شعله مجهز باشد (شكل 5-4).

با فرض این‌که باتري به طرز صحيحي برآورد، نصب و نگهداري می‌شود، مكانيسم خرابي معمول در سلول اسيد ـ سربي منفذ دار، خوردگي صفحه مثبت می‌باشد. بدين سبب، تعدادي طرح صفحه مثبت توسعه و استفاده می‌شود:

- صفحه هموار مستطيلي: اين صفحه به صفحه مستطيلي چسب‌دار يا صفحه Faurè نيز معروف است. اين نوع صفحه از دو جزء تشکیل‌شده، جزء اول ساختار نگهدارنده به نام شبكه و جزء دوم ماده فعال است كه به شكل چسب به شبكه اعمال می‌شود. شبكه از آلياژ سرب ساخته‌شده (كه به آن استحكام مكانيكي می‌دهد) و كاركرد آن نگاهداري ماده فعال و انتقال جريان به و از ماده مذكور می‌باشد. ماده فعال به‌صورت شيميايي واكنش نشان داده و در طول دشارژ يا شارژ سلول، انرژي توليد يا جذب می‌کند (به شكل 4- 6 مراجعه كنيد).

شكل 4 -5: منفذهاي ضد شعله باروکش ضد گردوخاک

شكل 4 -6: صفحه هموار (راست) و شبكه (چپ)

- صفحه چسبي گرد: اين صفحه به صفحه گرد نيز معروف است. اين صفحه از شبکه‌ای با جنس سرب خالص كه ماده فعال به‌صورت خمير به آن چسبيده، تشكيل يافته است. در هنگام ساخت، اين صفحات به‌طور افقي مستقرشده و به شكل مخروطي كم و جزئی می‌باشند (به شكل 7-4 رجوع كنيد).

- صفحه لوله‌ای: اين صفحه از چهار جزء تشکیل‌شده است. اولين جزء آلياژ سرب ريخته شده‌ای است كه داراي ميله فوقاني بوده و به آن تعدادي مهره متصل است. سپس يك لوله فيبر متخلخل به هر مهره نصب‌شده و ناحيه بين مهره و لوله با پودر اكسيد سرب پرشده است. انتهاهای لوله‌ها با درپوش پلاستيكي كه پودر را داخل لوله‌ها نگاه می‌دارند بسته می‌شوند (به شكل 8-4 مراجعه كنيد).

- صفحه اصلاح‌شده Planté: اين صفحه شبكه آلياژ سربي را به کار می‌برد كه در آن سوراخ‌های مدور ریخته‌گری شده‌اند. نوارهاي سرب خالص چین‌دار و پيچانده شده و به شكل روزت (Rosette) درمی‌آیند.

سپس روزتها به درون شبكه پرس و محكم می‌شوند (به شكل 4- 9 مراجعه كنيد).

شكل 4 -7: صفحه گرد (راست) و شبكه (چپ)

شكل 4 -8: صفحه لواي

شكل 4 -9: صفحه اصلاح‌شده Planté

صفحه منفي كه با هر نوع صفحه مثبت به کار می‌رود به‌صورت صفحه چسب‌دار بوده و در هر مورد، شکل صفحه منفي يعني گرد يا مستطيلي با شكل صفحه مثبت انطباق دارد. آلیاژهای سرب مورداستفاده در ریخته‌گری شبكه صفحه هموار از نوع سرب ـ آنتيمون (Pb –Sb) يا سرب ـ كلسيم (Pb – Ca) می‌باشند. آلياژ ديگري كه گهگاه به کار می‌رود سرب ـ سلينوم (Pb –Se) است كه درواقع آلياژي با مقدار كمي از آنتيمون است كه به آن سلينوم اضافه‌شده تا قابليت ریخته‌گری آن بهبود يابد. صفحات چسب‌دار را می‌توان به‌صورت آلياژهاي مختلف پيدا كرد درحالی‌که صفحات لوله‌ای و اصلاح‌شده Planté فقط به‌صورت سرب ـ آنتيمون وجود دارند. سلول عمدهاي كه امروزه به كار می‌رود صفحه چسب‌دار از نوع سرب ـ كلسيم است و علت آن داشتن بهترين نرخ دشارژ کوتاه‌مدت (يعني كمتر از يك ساعت) می‌باشد. اين سلول، همچنين ازنظر نگهداري ارجح بوده ولي براي كاربردهايي كه در آن‌ها سلول بهكرات بازيافت و استفاده مجدد می‌شود يا معمولاً دماي محيط بالا است، مناسب نمی‌باشد. از طرف ديگر سلول سرب ـ آنتيمون می‌تواند تقریباً 6 برابر سلول سرب ـ كلسيم بازيافت شود، به‌هرحال با طولانی‌تر شدن زمان استفاده از اين سلول، محدوديت اضافه كردن مكرر آب و متعادل‌سازی مكرر شارژ، بيشتر خود را نشان می‌دهد. سلول سرب ـ كلسيم در سراسر عمر کاری خود به‌اضافه كردن آب جزئی نياز دارد.

2-1-2-2-4 سلول‌های با دريچه قابل تنظيم

سلول اسيد ـ سربي با دريچه قابل تنظيم (VRLA) سلولي است (شكل 4-10) كه در آن:

الف ـ الكتروليت در حالت عدم تحرك است.

ب ـ سلول اساساً آب‌بندی‌شده است به‌استثنای دريچه اطمينآن‌که در صورت تجاوز فشار داخلي از يك مقدار از قبل تعیین‌شده، باز می‌شود وپ ـ تركيب مجدد اكسيژن تولیدشده در درون سلول رخ‌داده و اساساً سبب حذف تحول هيدروژن و محدود كردن مصرف آب می‌گردد. برخي مواقع، اين سلول‌ها را بدون نياز به نگاهداري يا آب‌بندی‌شده می‌نامند كه در حقيقت صحت ندارد. در عمل، اين سلول‌ها در هنگام كار به نحوي به تغييرات ولتاژ و دما حساس‌تر از سلولهاي منفذ دار مشابه هستند. علاوه براين، سلول‌های مذكور به دشارژهاي عميق بيشتر حساسيت دارند. اين سلول‌ها به‌صورتي عمل می‌کنند كه آن را چرخه تركيب مجدد اكسيژن می‌نامند. هنگامی‌که سلول در حالت شارژ است، در صفحه مثبت اكسيژن توليد می‌شود (مشابه سلول منفذ دار)، به‌هرحال، ازآنجاکه سلول آب‌بندی‌شده، (يعني دريچه اطمينان بسته است) اكسيژن از سلول خارج نشده و از طريق جداكننده به صفحه منفي انتقال می‌یابد. پس از رسيدن به صفحه منفي، اكسيژن سرب روي صفحه را اكسيده می‌کند. اكسيد سرب ایجادشده به اسیدسولفوریک موجود در الكتروليت واكنش نشان داده و سولفات سرب و آب را توليد می‌نماید. سپس ازآنجاکه صفحه منفي در حالت شارژ است، سولفات سرب به سرب و اسیدسولفوریک تبديل می‌شود. اين واکنش‌ها ضرورتاً اتلاف آب در سلول را منتفي كرده و بدين سبب، در عمليات عادي، نيازي به‌اضافه كردن آب به سلول در طول عمر آن نمی‌باشد. اگر سلول VRLA به‌درستی عمل نكند، آب را كه قابل‌جایگزینی نيست ازدست‌داده و اين امر به خشك شدن سلول يا در بدترين حالت به از بين رفتن حرارتي سلول منجر می‌شود. هردوی اين شرايط سبب از دست رفتن ظرفيت و درنهایت خرابي و ازکارافتادن زودهنگام سلول خواهد شد.

شكل 4 -10: برشي از سلول VRLA (نوع الكتروليت جذب‌شده)

با استفاده از يك جداكننده (از جنس شيشه يا فيبر پليمري) جهت جذب الكتروليت يا با استفاده از عنصر ژل كننده به‌منظور تبديل حالت الكتروليت به ژل، الكتروليت داخل سلول فاقد تحرك می‌شود، بسته به طراحي و سازنده سلول، وزن مخصوص الكتروليت مقداري بين 260 و/1 310/1 می‌باشد.

2-2-2-4 سلول‌های نيكل كادميوم

سلول ثابت نيكل ـ كادميوم، سلول ثانویه‌ای است كه از الكتروليت آلكالاين استفاده می‌کند. ولتاژ اسمي آن Vdc2/1 است. به‌هرحال، برخلاف سلول اسيد ـ سربي، الكتروليت آن‌که محلول رقيق هيدروكسيد پتاسيم در آب است، در واکنش‌های سلولي نقشي ندارد.

به‌طورکلی، سلول‌های نيكل ـ كادميوم عمر چرخه طولاني داشته و ازنظر ساختاري محكم و مقاوم هستند.

آن‌ها نسبتاً به شارژ اضافي يا شارژ نقصاني حساس نيستند اگرچه شارژ اضافي بیش‌ازحد می‌تواند به علت تجزيه آب در الكتروليت به هيدروژن و اكسيژن به كاهش و از دست دادن آب در محلول الكتروليت منجر شود.

اين باتری‌ها براي ذخيره درازمدت مناسب بوده و الزامات نگهداري آسان و نرخ‌های دشارژ کوتاه‌مدت خوبي را دارند. اين نوع باتری‌ها، بخصوص براي كاربردهايي كه در آن‌ها باتري در معرض دماي بسيار بالا است مناسب می‌باشند. دو طرح سلول نيكل ـ كادميوم براي باتری‌های ثابت در كاربردهاي پشتيباني به کار گرفته می‌شود.

طرح صفحه ـ جيبي و طرح صفحه ـ فيبري. سلول‌های هر دو طرح از نوع منفذ دار بوده و در مقايسه با باتری‌های ثابت اسيد ـ سربي داراي الكتروليت آزاد و عمر چرخه طولاني می‌باشند.

طرح ديگري كه صفحه ـ رسوبي ناميده می‌شود، مشخصه نامطلوبي به نام اثر حافظه دارد. اين مشخصه در طرح‌های صفحه ـ جيبي و صفحه ـ فيبري مشاهده نمی‌شود، هرچند اغلب به‌اشتباه آن را يكي از دو ویژگی‌های هر سلول نيكل ـ كادميوم در نظر می‌گیرند. طرح صفحه ـ رسوبي در انواع منفذ دار يا آب‌بندی‌شده وجود دارد. اين طرح در برخي واحدهاي روشنايي اضطراري، بخصوص انواع فلورسنت يا دكوراتيو مورداستفاده قرار می‌گیرد.

1-2-2-2-4 سلول‌های صفحه جيبي

نام اين طرح ازآنجا ناشي می‌شود كه مواد فعال صفحه‌ها در جیب‌ها نگاه داشته می‌شوند (شكل 4-4).

جیب‌ها از نوارهاي فولادي، سوراخ‌های ظريف ساخته‌شده و دو عدد از اين نوارها به شكل تغار جهت ساندويچ كردن ماده فعال در جيب به كار گرفته می‌شوند.

2-2-2-2-4 سلول صفحه فيبري

سلول صفحه ـ فيبري آخرين و جديدترين طرح معرفی‌شده در كاربردهاي ثابت است. خود صفحه به شكل يك قطعه فيبر بسيار متخلخل بوده و فیبرها از جنس نيكل آبكاري و سپس در مواد فعال اشباع‌شده‌اند. اين نوع سلول داراي نسبت توان به وزن بالا می‌باشد.