همه چیز درباره باتری های آلکالاین

باتری‌های آلکالاین یا قلیایی، باتری‌های یک‌بار مصرف (غیر قابل شارژ) با دی‌اکسید روی و منگنز به عنوان الکترود هستند. الکترولیت قلیایی مورد استفاده در باتری آلکالاین، یا پتاسیم است یا هیدروکسید سدیم. این باتری‌ها دارای ولتاژ ثابتی هستند که چگالی انرژی و مقاومت نشتی بهتری نسبت به باتری‌های روی کربن (باتری‌های قدیمی) ارائه می‌دهند. این موضوع عمدتاً به دلیل ماده آنُد دی‌اکسید منگنز است که خالص‌تر و متراکم‌تر است و در نتیجه فضای گرفته شده توسط اجزای داخلی را کاهش می‌دهد. بیشتر تولید‌کنندگان باتری، تمرکز خود را بر روی شیمی‌های قابل شارژ مانند هیدرید فلزی نیکل و لیتیوم یون تغییر داده‌اند.مناطق آمریکای شمالی و اروپا مشتریان عمده بازار باتری آلکالاین هستند. با این حال آسیا، خاورمیانه و آمریکای لاتین پتانسیل قوی برای رشد در این بازار را در دست دارند. دلیل اصلی این امر این است که این مناطق در فاز انتقالی در جابه جایی از باتری‌های قدیمی‌تر – روی کربن – قرار دارند. همچنین خاورمیانه و آفریقا سهم قابل توجهی در بازار باتری آلکالاین دارند و شاهد روند فزاینده‌ای در استفاده از این باتری‌ها هستند.

باتری‌های آلکالاین یا باتری‌های قلیایی در اندازه های مختلف از قلمی (AA) و نیم‌قلمی (AAA) گرفته تا کتابی ۹ ولت (سایز E) متداول هستند. AAA و AA برای وسایل کاربردی کم‌مصرف (از جمله ریموت کنترل تلویزیون و سیستم‌های خانگی، ماوس و کی‌بورد بی‌سیم و … مناسب هستند. باتری‌ آلکالاین کتابی 9v برای وسایل کاربردی پرمصرف مناسب است. برخی دیگر شامل باتری‌های دکمه‌ای میکرو قلیایی، باتری‌های سکه‌ای، AAAA و مانند آن هستند. سایز AA یا قلمی پراستفاده‌ترین اندازه باتری آلکالاین (قلیایی) است و البته اندازه AAA با رشد سریعی در حال رسیدن به سایز قلمی است. سایز‌های دیگر مانند C، D و کتابی ۹ ولت، برای محصولات و وسايل کاربردی خاص و البته کم‌تقاضا استفاده می‌شوند. با این حال اندازه‌های دیگری مانند باتری‌های سکه‌ای میکرو قلیایی و باتری‌های دکمه ای در کاربردهای صنعتی و پزشکی کمی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

تکنولوژی ساخت باتری آلکالاین

باتری‌های آلکالاین با تهدید باتری‌های لیتیوم اولیه و باتری‌های قابل شارژ در کاربرد لوازم الکترونیکی مصرفی مواجه هستند. باتری‌های لیتیوم اولیه دارای چگالی انرژی بالاتری هستند و در نتیجه عملکرد بهتری ارائه می‌دهند و در مقایسه با باتری های آلکالاین بیشتر عمر می‌کنند. در بسیاری از کاربردهای پرمصرف، باتری‌های قابل شارژ هیدرید فلزی نیکل (NiMH) جایگزین باتری‌های آلکالاین می‌شوند چرا که عملکرد بهتری ارائه می‌دهند و بسیار طولانی‌تر از باتری‌های آلکالاین یکبار مصرف عمر می‌کنند.باتری های یکبار مصرف شاهد فشار بر هزینه ساخت با توجه به افزایش قیمت مواد اولیه مانند روی و دی اکسید منگنز الکترولیتی (EMD) بودند. هزینه مواد کلیدی EMD بالا است. EMD نقش کلیدی در عملکرد باتری های قلیایی دارد و در مرحله خلوص بالا مورد نیاز است که قیمت بالا را تقویت می‌کند. این روند تولیدکنندگان باتری قلیایی را تحت فشار قرار می‌دهد چرا که حاشیه سود‌ آنها به دلیل این افزایش هزینه مواد اولیه تحت تأثیر قرار می‌گیرد. این یک چالش بزرگ برای تولیدکنندگان باتری قلیایی به شمار می‌رود، چرا که انتظار می‌رود افزایش قیمت باتری ها باعث شود مصرف کنندگان باتری های جایگزین را ترجیح دهند. تاثیر این چالش به احتمال زیاد در طول کوتاه مدت و میان مدت متوسط و کم در دراز مدت است.باتری‌های تقلبی زیادی با ظاهری یکسان و گیج‌کننده شبیه به باتری اورجینال آلکالاین در بازار هستند. این باتری‌ها برای گمراه کردن عمدی مصرف‌کنندگان با ظاهری بسیار شبیه به باتری‌های اورجینال طراحی شده‌اند. با این حال، عملکرد، کارایی و کیفیت نشت ارائه شده توسط باتری‌های مارک‌دار را نمی‌توان در باتری‌های آلکالاین تقلبی انتظار داشت. باتری های مارک‌دار با دریچه‌ای ساخته می‌شوند تا فشار داخلی درون باتری را آزاد کنند که مانع انفجار باتری یا نشت الکترولیت می‌شود.یکی از نقاط قوت کلیدی شیمیایی باتری آلکالاین، توانایی آن برای استفاده در گجت‌های روز، مانند ساعت‌های زنگ‌دار، تراش‌های الکترونیکی، کنترل‌های از راه دور و رادیوها است. باتری‌های آلکالاین به یکی از کالاهای ضروری زندگی تبدیل شده‌اند که در نتیجه نیاز رو به رشدی برای این باتری ها به وجود می‌آورد. باتری‌های آلکالاین، باتری‌های یکبار مصرف اولیه هستند که پس از تخلیه کامل باید جایگزین شوند. به طور متوسط انتظار می‌رود، یک باتری آلکالاین یک دستگاه را به مدت دو تا چهار ماه قدرت دهند و پس از آن باید با باتری جدیدی جایگزین شود. این باعث ایجاد تقاضا برای این باتری‌ها می‌شود

اندازه‌های باتری آلکالاین

باتری‌های آلکالاین در اندازه‌های مختلف با توجه به دستگاه‌های کاربردی (مانند AAA، AA، C، D، 9V و …) در دسترس هستند. ماندگاری طولانی و تاریخ انقضای ارائه شده توسط این باتری‌ها (از سه تا چهار سال) آنها را برای ذخیره سازی مناسب می‌کند. انتظار می‌رود این ویژگی شیمی باتری آلکالاین مزیت رقابتی را در مقایسه با باتری‌های قابل شارژ دیگر ارائه دهد.باتری‌های آلکالاین سازگار با محیط زیست هستند که و می‌توانند به عنوان زباله دفع شوند و نیازی به جمع‌آوری و بازیافت ندارد. گذشته از این، عموم این باتری‌ها تقریبا بدون جیوه هستند و از این رو، هیچ گونه آلودگی محیط زیست و یا خطری ایجاد نمی‌کند. این امر تقاضای مثبتی برای این باتری‌ها ایجاد می‌کند، چرا که دیگر باتری‌های مصرفی قابل شارژ باید با روش‌های مشخصی جمع‌آوری و بازیافت شوند.

فروش باتری آلکالاین در بازارهای جهانی

در بازار جهانی، باتری آلکالاین طی سال ۲۰۱۰، ۶٫۵ میلیارد تا ۷ میلیارد دلار تولید شد. انتظار می‌رود با نرخ رشد مرکب سالانه ۳ درصد تا ۴ درصد رشد کند. استفاده گسترده از باتری‌های آلکالاین در مناطق توسعه یافته مانند آمریکا و کشورهای اروپای غربی به تقاضای مداوم این باتری‌ها کمک می‌کند. همچنین کشورهای در حال توسعه مانند چین، روسیه، لهستان، برزیل، آرژانتین و ایران از جمله پتانسیل رشد قوی را برای این بازار ارائه می‌دهند. اگرچه تهدید باتری لیتیوم اولیه و باتری‌های قابل شارژ وجود دارد، اما باتری‌های آلکالاین عملکرد رضایت بخشی را با هزینه‌ای مقرون به صرفه در تمام کشورهای توسعه یافته ارائه می‌دهند. از این رو این باتری‌ها، نزدیک به ۶۵ درصد از درآمدهای بازار باتری اولیه را شامل می‌شوند.

موارد استفاده باتری‌ آلکالاین

باتری‌های آلکالاین در لوازم کاربردی کم‌مصرف عملکرد قابل ستایشی را ارائه می‌دهند. لوازم کاربردی کم‌مصرف شامل چراغ قوه، رادیوهای قابل حمل، ساعت‌های زنگ دار، کنترل از راه دور تلویزیون و سیستم‌های صوتی و تصویری، ماوس و کی‌بوردهای بی‌سیم، اسباب‌بازی‌ها و … از دیگر موارد استفاده باتری‌های آلکالاین، می‌توان به پزشکی، صنعتی، دفاعی و نظامی اشاره کرد. در کاربردهای پزشکی از باتری های آلکالاین به عنوان منبع قدرت در انواع پمپ‌های تزریق، پالس اکسی‌متر (دستگاه اکسیژن خون)، دستگاه‌های فشار خون، ترمومترهای الکترونیکی و … استفاده می‌کنند کاربردهای صنعتی باتری های آلکالاین شامل استفاده در سیستم‌های هشدار دود، فرستنده‌های قابل حمل، اسکنرهای همراه، ماوس و کی‌بوردهای بی‌سیم، ولت متر دیجیتال، قفل درب، کنترل از راه دور و اشاره گرهای لیزری است. کاربرد نظامی و دفاعی شامل استفاده از باتری‌های آلکالاین در رادیوهای بی‌سیم نظامی و همچنین در سیستم‌های جی‌پی‌اس است.

تکنولوژی آلکالاین در مقابل لیتیوم اولیه

تکنولوژی و شیمی باتری آلکالاین غالب‌ترین شیمی باتری اولیه است که ۶۵ درصد از بازار باتری اولیه را شامل می‌شود. باتری‌های آلکالاین از الکترولیت‌های پایه (قلیایی) و هیدروکسید پتاسیم تشکیل شده‌اند. خلوص و فعالیت بالاتر در دی اکسید منگنز عملکرد بهتری را در مقایسه با باتری‌های روی – کربن ارائه می‌دهد. این باتری‌ها در ولتاژ خروجی ۱٫۵ ولت در دسترس هستند.ویژگی‌هایی که این باتری‌ها را مناسب می‌کند، شامل تراکم انرژی بهتر در مقایسه با باتری‌های روی کربن، تخلیه کم با ماندگاری نزدیک به ۱۰ سال، کارایی در کاربردهای کم درین، درین متوسط، و تخلیه بالا، و عملکرد بهتر در محدوده های دمایی گسترده است و از این رو، باتری‌های آلکالاین حتی در شرایط سرد نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند.باتری‌های لیتیوم اولیه دارای ترکیبات لیتیوم فلزی یا لیتیوم به عنوان آند هستند، در حالی که کاتد به احتمال زیاد بسته به مصرف و تقاضای خروجی (مانند تئونیل کلرید، ید، دی اکسید منگنز و مانند آن) از هر ماده دیگری تشکیل شده است. این باتری‌ها با باتری‌های قلیایی رقابت می‌کنند، چرا که پیش بینی می‌شود آن‌ها ولتاژهای خروجی از ۱٫۵ ولت تا ۳٫۷ ولت را ارائه دهند. همچنین از آنجا که لیتیوم یک ماده سبک وزن است، به احتمال زیاد باتری‌هایی با وزن کمتر ارائه می‌دهد. مزایای این باتری‌ها شامل وزن سبک تر از باتری های آلکالاین (به این ترتیب، بیشتر در کاربردهای صنعتی و پزشکی استفاده می‌شود)، تراکم انرژی بالاتر، ارائه عملکرد بهتر در مقایسه با باتری‌های آلکالاین و در دسترس بودن در طیف گسترده‌ای از انواع است که به احتمال زیاد بیشتر برای کاربردهای خاص مناسب است.

باتری آلکالاین قابل شارژ

باتری آلکالاین قابل شارژ، (همچنین به عنوان منگنز آلکالاین قابل شارژ یا قابل شارژ (RAM) شناخته می‌شود)، نوعی باتری آلکالاین است که برای استفاده مکرر قادر به شارژ مجدد است.اولین نسل باتری‌های آلکالاین قابل شارژ توسط union Carbide و Mallory در اوایل دهه 1970 معرفی شد. چندین اختراع پس از قطع محصول union Carbide ارائه شد و سرانجام، در سال 1986 شرکت Battery Technologies Inc در کانادا تأسیس شد تا به طور تجاری نسل دوم باتری آلکالاین را بر اساس آن اختراعات توسعه دهد.اختراعات جدید و پیشرفت‌های بعدی در فناوری باتری‌ آلکالاین شارژی، موجب تولید این باتری‌ها در سایز‌های گوناگون شده است. این فرمت‌ها شامل سایز‌های AAA، AA، C ،D و باتری های ۹ ولت است.باتری‌های آلکالاین شارژی بصورت شارژ شده تولید می‌شوند و می‌توانند سال‌ها شارژ خود را حفظ کنند، خصوصیتی که از این نظر، این باتری‌ها را از باتری‌های NiCd و NiMH – که خود به خود تخلیه می‌شوند – را ارجح می‌کند. باتری‌های آلکالاین قابل شارژ می‌توانند راندمان شارژ بالایی داشته باشند و تاثیرات زیست محیطی کمتری نسبت به باتری‌های یک‌بار مصرف داشته باشند.