هرآنچه درباره باتری قلمی باید بدانید

باتری‌های قلمی سال‌ها است نیروبخش طیف وسیعی از لوازم الکترونیکی خانگی هستند و هرچند در این مدت از لحاظ ظاهری تغییر چندانی نکرده‌اند، اما تکنولوژی‌های به‌کاررفته در آن‌ها کاملا دگرگون شده است. این باتری‌ها که درواقع نوعی پیل خشک سیلندری هستند، در ابعاد مختلف تولید و به بازار عرضه می‌شوند.

قصد داریم در این مقاله‌ی اختصاصی در زومیت با انواع باتری سیلندری، به‌خصوص دو سایز AA (بخوانید دابل اِی) و AAA (بخوانید تریپل اِی) که در ایران به‌ترتیب به «قلمی» و «نیم قلمی» مشهور هستند آشنا شویم.

در این مقاله، پس از توضیحی مختصر درباره‌ی سایزهای استاندارد باتری قلمی و آشنا شدن با اصطلاحات تخصصی مرتبط با باتری، با انواع باتری‌های غیر شارژی آشنا خواهیم شد. سپس بهترین انواع باتری قلمی شارژی را باتوجه به نیاز کاربر و مورد استفاده معرفی کرده، با شارژرهای باتری قلمی بیشتر آشنا می‌شویم.

توجه داشته باشید که در سرتاسر این نوشتار منظور از عبارت «باتری»، درواقع نوعِ خاصِ «باتری‌های سیلندری استاندارد» است.

باتری‌های سیلندری، به شکل آشنایی که امروزه آن‌ها را می‌شناسیم، اوایل قرن بیستم میلادی معرفی و روانه‌ی بازار شدند.

در ابتدا استاندارد خاصی برای این باتری‌ها وجود نداشت و شرکت‌های سازنده‌ی باتری، باتری‌های سیلندری خود را در اندازه‌ی دلخواه تولید می‌کردند؛ تا اینکه سازمان‌های استاندارد از جمله مؤسسه‌ی ملی استاندارد آمریکا (ANSI)، در سال ۱۹۰۷ اولین استانداردها را برای ابعاد باتری‌های سیلندری وضع کردند. تعدادی از معروف‌ترین و متداول‌ترین ابعاد باتری‌های استاندارد را در تصویر زیر مشاهده می‌کنید.

متداول‌ترین ابعاد باتری‌های سیلندری. از راست به چپ: D, C, AA, AAA, AAAA

استاندارد باتری‌های AA یا قلمی (که امروزه متداول‌ترین نوع باتری سیلندری در جهان به‌شمار می‌روند) در سال ۱۹۴۷ وضع شد؛ هرچند این باتری‌ها مدت‌ها قبل از استانداردسازی نیز به‌صورت گسترده تولید و استفاده می‌شدند.

باتری‌های AA حدود ۵ سانتی‌متر طول و ۱٫۳ سانتی‌متر قطر دارند. وزن باتری‌های قلمی بسته به نوع آن‌ها متغیر است و از ۱۵ گرم در باتری‌های لیتیومی تا ۳۱ گرم در باتری‌های نیکل-هیدرید فلزی می‌رسد. امروزه حدود ۶۰ درصد از باتری‌های آلکالاین فروخته‌شده در جهان از نوع AA هستند.

با پیشرفت تکنولوژی و بهینه شدن مصرف دستگاه‌های الکترونیکی و از طرفی افزایش یافتن ظرفیت باتری‌های AAA، بسیاری از دستگاه‌هایی که تا پیش از این از باتری‌های AA استفاده می‌کردند (مانند ریموت کنترل‌ها، کیبوردها، موس‌های بیسیم و ...) امروزه از باتری‌های کوچک‌تر AAA استفاده می‌کنند.

بین ۲۴ تا ۳۰ درصد از سهم بازار باتری‌های سیلندری استاندارد متعلق به باتری‌های AAA یا نیم‌قلمی است.

می‌توان با استفاده از تبدیل، از باتری‌های کوچک‌تر به‌جای باتری سایز بزرگ‌تر استفاده کرد. (تصویر: تبدیل باتری نیم قلمی به قلمی)

باتری‌های AAAA (بخوانید کوادروپل A) موارد مصرف بسیار کمتری نسبت به دیگر انواع باتری‌های سیلندری دارند و هرچند از سال ۲۰۱۰ به بعد اندکی به شهرت آن‌ها افزوده شده‌ است؛ اما همچنان به‌سختی می‌توان آن‌ها را در فروشگاه‌های لوازم الکترونیکی پیدا کرد. از این نوع باتری‌ها بیشتر در دستگاه‌های کوچکی چون اشاره‌گرهای لیزری کوچک، ریموت دزدگیر ماشین، خودکارهای مجهز به لامپ LED، استایلوس‌ها و آمپلی‌فایرهای هدفون استفاده می‌شود.

باتری‌های C با طول ۵ و قطر ۲٫۶ سانتی‌متر معمولا در اسباب‌بازی‌های پرمصرف و چراغ‌قوه‌های دستی استفاده می‌شوند. در سال ۲۰۰۷، سهم بازار این نوع باتری‌ها به ۴ تا ۵ درصد می‌رسید. ولتاژ نامی باتری‌های C آلکالاین ۱٫۵ ولت است و ظرفیت آن‌ها تا ۸۰۰۰ میلی‌آمپر ساعت نیز می‌رسد؛ هرچند انواع قدیمی زینک-کربن معمولا ظرفیتی برابر با ۳۸۰۰ میلی‌آمپر ساعت دارند.

پیشینه‌ی باتری‌های سایز استاندارد C از باتری‌های AA و AAA قدیمی‌تر است و به دهه‌ی ۲۰ میلادی می‌رسد.

باتری شارژی D با ظرفیت ۱۰ هزار میلی‌آمپر ساعت

جالب است بدانید باتری‌های سایز D قدیمی‌ترین باتری‌های سیلندری هستند که هنوز تولید می‌شوند. پیشینه‌ی این باتری‌ها به سال ۱۸۹۸ (قبل از استانداردسازی باتری‌های قلمی) می‌رسد. تا قبل از معرفی شدن دیگر انواع و ابعاد باتری‌های قلمی، باتری‌های D به «باتری چراق قوه» مشهور بودند. آمریکا بزرگ‌ترین بازار مصرف باتری‌های سایز D است؛ به‌طوری‌که سهم بازار این باتری‌ها در این کشور به ۸ درصد می‌رسد.

میلی‌آمپر ساعت (mAh): ظرفیت باتری‌های قلمی معمولا با واحد «میلی‌آمپر ساعت» (mAh) نشان داده می‌شود. به بیان ساده، یک باتری ۲۰۰۰ میلی‌آمپر ساعتی می‌تواند به مدت ۱ ساعت جریانی به‌شدت ۲۰۰۰ میلی‌آمپر؛ یا به ‌مدت ۱۰۰ ساعت جریانی ۲۰ میلی‌آمپری فراهم کند.

باید دقت داشت که آمپر ساعت و میلی‌آمپر ساعت واحدهای انرژی نیستند. برای به دست آوردن میزان انرژی ذخیره‌شده در باتری (با واحد وات-ساعت) باید ظرفیت آن (با واحد میلی‌آمپر ساعت) را در ولتاژ باتری ضرب کرد. البته همان‌طور که در ادامه توضیح خواهیم داد، به‌دلیل متغیر بودن ولتاژ باتری‌های قلمی، با استفاده از این روش نیز عدد دقیقی از میزان انرژی ذخیره‌شده در باتری به دست نخواهد آمد.

باتری‌های شارژی Cycle Energy سونی با ظرفیت ۲۵۰۰، ۲۱۰۰ و ۲۰۰۰ میلی‌آمپر ساعت

وات-ساعت (Wh): هرچند از واحد وات-ساعت کمتر برای مشخص کردن ظرفیت باتری‌های قلمی استفاده می‌شود، اما این واحد معیار دقیق‌تری برای مقایسه‌ی ظرفیت باتری‌های مختلف است. برای مثال انرژی ذخیره‌شده در دو باتری با ظرفیت یکسان ۲۰۰۰ میلی‌آمپر ساعتی ممکن است با هم متفاوت باشد؛ چرا که ولتاژ همه‌ی باتری‌های قلمی با هم برابر نیست.

به‌عنوان نمونه، بیشتر باتری‌های قلمی ۱٫۲ ولتی هستند؛ درحالی‌که باتری‌های قلمی لیتیومی ۱٫۵ ولتی نیز در بازار وجود دارند. بنابراین یک باتری قلمی ۲۰۰۰ میلی‌آمپر ساعتی لیتیومی، تقریبا ۳ وات-ساعت انرژی دارد (۱٫۵V*۲۰۰۰mAh)؛ درحالی‌که انرژی یک باتری قلمی ۲۰۰۰ میلی‌آمپر ساعتی معمولی تنها به ۲٫۴ وات-ساعت می‌رسد (۱٫۲V*۲۰۰۰mAh).

چگالی انرژی: به میزان انرژی ذخیره‌شده در واحد حجم «چگالی انرژی» گفته می‌شود. اگرچه گاهی از این عبارت برای اشاره به انرژی ذخیره‌شده در واحد جرم نیز استفاده می‌شود؛ اما باید توجه داشت که اصطلاح دقیق‌تر برای چنین منظوری «انرژی ویژه» (Specific Energy) است. در ادامه جدول چگالی انرژی تعدادی از انواع باتری‌های متداول را مشاهده می‌کنید.

دشارژ خودکار (Self-discharge): حتی اگر هیچ‌گونه تماسی بین الکترودهای باتری برقرار نباشد، واکنش‌های شیمیایی داخل باتری شارژ الکتریکی ذخیره‌شده را با گذر زمان کاهش می‌دهند. دشارژ خودکار باعث می‌شود عمر قفسه‌ی باتری کاهش پیدا کند و میزان شارژ درون آن هنگامی که به دست مشتری می‌رسد نسبت به شارژ ابتدایی کارخانه بسیار کم‌تر باشد.

باتری‌های یک‌بار مصرف معمولا نرخ دشارژ خودکار بسیار کمتری نسبت به باتری‌های شارژی دارند. از آنجایی که واکنش‌های شیمیایی منجر به دشارژ خودکار با افزایش دما سرعت می‌گیرند، توصیه می‌شود باتری‌ها را در دمای پایین نگه دارید.

عمر قفسه: باتری‌ها حتی هنگامی که از آن‌ها استفاده نمی‌شود و درون بسته‌بندی خود هستند هم به‌صورت تدریجی انرژی ذخیره‌شده‌ی خود را از دست می‌دهند. مدت زمانی‌که طول می‌کشد تا یک باتری بیشتر ظرفیت خود را از دست بدهد به «عمر قفسه» (shelf life) مشهور است.

در شرایط دمای اتاق، عمر قفسه‌ی باتری‌‌های غیر شارژی روی-کربن بین ۳ تا ۵ سال، باتری‌های آلکالاین بین ۵ تا ۱۰ سال و باتری‌های لیتیومی بین ۱۰ تا ۱۵ سال است. این مقدار برای باتری‌های شارژی معمولا بسیار کم‌تر است.

اثر حافظه (Memory Effect): اثر حافظه پدیده‌ای است که در آن درصورت شارژ کردن باتری نیمه‌پر، ظرفیت آن به‌طور تدریجی کاهش پیدا می‌کند. برای مثال اگر باتری خود را با داشتن ۲۵ درصد شارژ مجددا شارژ کنید، پس از چند سیکل باتری بازه‌ی شارژ «۲۵ تا ۱۰۰ درصد» را به‌عنوان بازه‌ی «صفر تا ۱۰۰ درصد» در نظر می‌گیرد و عملا ۲۵ درصد از ظرفیت خود را از دست می‌دهد. در چنین حالتی به اصطلاح گفته می‌شود باتری نقطه‌ی شارژ شدن را به‌عنوان شارژ صفر «به یاد می‌آورد» یا اینکه ظرفیت قدیمی خود را «فراموش می‌کند».

تنها باتری‌های شارژی نیکل-کادمیوم (NiCd) و نیکل-هیدرید فلز (NiMH) تحت تأثیر این پدیده قرار می‌گیرند و دیگر انواع باتری (ازجمله باتری‌های لیتیوم‌یونی که در تلفن‌های هوشمند و لپ‌تاپّا استفاده می‌شوند) دربرابر آن مصون هستند. می‌توان تأثیر این پدیده روی باتری را با چند سیکل شارژ و دشارژ کامل، تا حدودی برطرف کرد.

دلیل اینکه این باتری‌ها را نمی‌توان شارژ کرد، بازگشت‌ناپذیر بودن واکنش شیمیایی تولیدکننده‌ی الکتریسیته در آن‌ها است. باتری‌های غیر شارژی ۹۰ درصد از بازار ۵۰ میلیارد دلاری باتری را به خود اختصاص داده‌اند و هر سال حدود ۱۵ میلیارد عدد از آن‌ها تولید و روانه‌ی بازار می‌شود.

باتری‌های روی-کربن (Zinc–Carbon) قدیمی‌ترین باتری‌های خشک هستند که به تولید انبوه تجاری رسیدند. این باتری‌ها برای اولین‌بار در اوایل قرن بیستم میلادی عرضه شدند و اولین چراغ قوه‌های الکتریکی توسط آن‌ها روشن می‌شدند. باتری‌های روی-کربن غیر قابل شارژ هستند و ظرفیت آن‌ها در سایز AA حدود ۴۰۰ تا ۹۰۰ میلی‌آمپر است. اگرچه این ظرفیت در مقایسه با دیگر انواع باتری ممکن است بسیار کم به نظر برسد؛ اما جالب است بدانید باتری‌های روی-کربن امروزی نسبت به نسخه‌های اولیه‌ای که بیش از ۱۰۰ سال پیش عرضه می‌شدند، ۴ برابر ظرفیت بیشتری دارند.

ساختار درونی باتری‌های روی-کربن (ZnC)

بدنه‌ی باتری‌های روی-کربن از جنس فلز روی است و درون آن از خمیر آمونیوم کلرید (NH4Cl) یا زینک کلرید (ZnCl2) به‌عنوان الکترولیت استفاده می‌شود. از آنجایی که بسیاری از فلزات متداول در تماس با الکترولیتِ نمکی به‌سرعت دچار خوردگی می‌شوند، الکترود مثبت این باتری‌ها از جنس کربن ساخته می‌شود.

دمای بالا به باتری‌های روی-کربن آسیب می‌زند و به‌همین دلیل سازندگان باتری توصیه می‌کنند آن‌ها را در دمای اتاق نگه دارید. هرچند می‌توان باتری‌های روی-کربن را برای مدت زیادی به‌صورت منجمد نگه‌داری کرد؛ اما قبل از استفاده‌ی مجدد باید آن‌ها را به دمای اتاق برساند.

بدنه‌ی باتری‌های روی-کربن با گذر زمان به‌دلیل واکنش با مواد درون باتری دچار خوردگی می‌شود.

امروزه حدود ۲۰ درصد از باتری‌های دنیا از نوع روی-کربن هستند؛ هرچند این میزان در کشورهای پیشرفته‌ای چون ژاپن تنها به ۶ درصد می‌رسد. باتری‌های روی-کربن برای محیط زیست خطرناک‌اند و پس از استفاده نباید همراه‌با سایر ضایعات خانگی دفع شوند.

باتری‌های آلکالاین (Alkaline) یا قلیایی نوع دیگری از باتری‌های غیر قابل شارژ‌ هستند که انرژی خود را از واکنش بین روی و دی‌اکسید منگنز (Zn/MnO2) تأمین می‌کنند. البته نوعی از باتری‌های آلکالاین با قابلیت شارژ مجدد نیز وجود دارد؛ اما به اندازه‌ی دیگر انواع باتری‌های شارژی متدوال نیست.

در مقایسه با باتری‌های روی-کربن، باتری‌های آلکالاین چگالی انرژی بالاتر (بین ۳ تا ۵ برابر بیشتر) و عمر قفسه‌ی طولانی‌تری دارند.

ظرفیت باتری‌های آلکالاین به جریان گرفته‌شده از آن‌ها بستگی دارد. برای مثال ظرفیت یک باتری آلکالاین سایز AA درصورت استفاده در دستگاهی کم‌مصرف می‌تواند تا ۳۰۰۰ میلی‌آمپر ساعت نیز برسد؛ اما اگر جریان افزایش پیدا کند (برای مثال جریان ۱ آمپری در دوربین‌های دیجیتال) این ظرفیت تا ۷۰۰ میلی‌آمپر ساعت کاهش پیدا خواهد کرد. ولتاژ باتری‌های آلکالاین بسته به ظرفیت باقی‌مانده و بار روی باتری متغییر است.

بین ۶۰ تا ۸۰ درصد باتری‌های تولیدشده در سطح جهان از نوع آلکالاین است و سالانه بیش از ۱۰ میلیارد عدد از این باتری‌ها وارد بازار جهانی می‌شود. ازآنجایی‌که باتری‌های آلکالاین جدید فاقد جیوه هستند، می‌توان آن‌ها را مانند زباله‌های معمولی دفع کرد؛ هرچند توصیه می‌شود این نوع باتری‌ها را نیز مانند دیگر انواع باتری بازیافت کنید.

باتری‌های لیتیومی (با باتری‌های شارژی لیتیوم یونی و لیتیوم پلیمر اشتباه گرفته نشود) یکی از جدیدترین انواع باتری‌های غیر قابل شارژ هستند. در این باتری‌ها معمولا از لیتیوم به‌عنوان آند و منگنز دی‌اکسید به‌عنوان کاتد استفاده می‌شود.

ظرفیت باتری‌های لیتیومی تقریبا سه برابر بیشتر از باتری‌های آلکالاین مشابه خود است و به‌دلیل عمر قفسه‌ی بسیار بالا (حدود ۱۵ سال) معمولا در دستگاه‌هایی که مصرف کمی دارند و مدت زمان زیادی باید به‌صورت مداوم کار کنند (مانند ساعت‌های دیواری) از آن‌ها استفاده می‌شود. ا

استفاده از این باتری‌ها در دستگاه‌های پرمصرف مانند اسباب بازی‌ها، به‌دلیل قیمت بالا و غیرقابل شارژ بودن، هیچگونه توجیه اقتصادی ندارد.

در مقایسه با دیگر انواع باتری، می‌توان از باتری‌های لیتیومی جریان الکتریکی به‌مراتب بیشتری دریافت کرد. این قابلیت برای دستگاه‌هایی که به جریان بالایی احتیاج دارند ایده‌آل است؛ اما در صورت اتصال کوتاه، گرمای فوق‌العاده زیادی ایجاد خواهد شد که ممکن است به منفجر شدن باتری منجر شود.

از آنجایی که باتری‌های لیتیومی مانند باتری‌های آلکالاین فاقد مواد سمی هستند، می‌توان آن‌ها را مانند ضایعات متداول خانگی دفع کرد؛ هرچند همچنان توصیه می‌شود این نوع باتری‌ها را مانند دیگر انواع باتری بازیافت کنید.

باتری‌های با قابلیت شارژ مجدد یا «سلول‌های ثانویه» (Secondary Cell) که در بازار بیشتر با نام «باتری شارژی» شناخته می‌شوند، باتری‌هایی هستند که می‌توان چندین بار انرژی الکتریکی ذخیره‌شده در آن‌ها را استفاده و مجددا آن را پر کرد.

فرایند شارژ در این باتری‌ها به‌گونه‌ای است که الکترود فعال مثبت با اکسید شدن، الکترون تولید می‌کند و الکترود منفی با دریافت الکترون کاهش (Redox) می‌یابد و دراین‌میان الکترولیت نقش بافر بین دو الکترود را بازی می‌کند. 

اولین مدل‌ باتری‌های شارژی «نرخ خالی شدن شارژ» بسیار بالایی داشتند؛ به‌طوری‌که پیش از اینکه به دست مشتری برسند، روی قفسه‌ی فروشگاه تمام شارژ آن‌ها خالی می‌شد و کاربران قبل از اولین استفاده مجبور بودند آن‌ها را ابتدا شارژ کنند. اما باتری‌های شارژی امروزی معمولا نرخ خالی شدن شارژ بسیار کم‌تری دارند. 

همچنین با اینکه قیمت اولیه‌ی باتری‌های شارژی معمولا بسیار گران‌تر از باتری‌های غیر شارژی است؛ اما باتوجه‌به قابلیت شارژ مجدد، هزینه‌ی کلی آن‌ها در درازمدت به‌مراتب از باتری‌های غیر شارژی ارزان‌تر تمام می‌شود.

در ادامه با متداول‌ترین تکنولوژی‌های باتری‌های شارژی قلمی آشنا می‌شویم.

مزایا:

• قابلیت شارژ مجدد
• مناسب برای دستگاه‌های نیازمند جریان بالا

معایب:

• تکنولوژی منسوخ‌شده
• کمترین ظرفیت و ولتاژ بین تمامی انواع باتری‌های شارژی
• سمی بودن فلز کادمیوم و امکان ایجاد آلودگی محیط زیستی

باتری‌های NiCd امروزه از جمله انواع منسوخ‌شده‌ی باتری‌های شارژی به‌شمار می‌روند و تقریبا به‌طور کامل با باتری‌های نیکل-هیدرید فلزی (Ni-MH) جایگزین شده‌اند. هرچند باتری‌های NiCd را به‌سختی می‌توان در بازار پیدا کرد؛ اما درصورت وفور موجودی نیز دلیل منطقی برای خرید آن‌ها وجود نداشت. درواقع تنها دلیلی که ممکن است کسی هنوز از این نوع باتری‌ها استفاده کند این است که از مدت‌ها قبل آن‌ها را تهیه کرده باشد.

این باتری‌ها با داشتن نرخ دشارژ خودکار ۱۰ درصد در ماه، عمر قفسه‌ی کوتاهی دارند و ولتاژ ۱٫۲ ولتی آن‌ها کمترین میزان بین انواع باتری قلمی است. اگرچه باتری‌های قلمی ۱٫۲ ولتی را می‌توان در اغلب دستگاه‌هایی که نیاز به باتری ۱٫۵ ولتی دارند استفاده کرد؛ اما در بسیاری موارد مانند چراغ قوه‌ها باید انتظار عملکرد ضعیف‌تری از باتری با ولتاژ پایین‌تر داشته باشید.

در انتها اگر همچنان از باتری‌های NiCd استفاده می‌کنید، توصیه می‌شود آن‌ها را با باتری‌های Ni-MH جایگزین کنید.

مزایا:

• قابلیت شارژ مجدد
• ظرفیت مناسب
• سمی نبودن
• عملکرد عالی در دستگاه‌های نیازمند جریان بالا
• متداول بودن و سهولت یافتن انواع مختلف باتری و شارژر

معایب:

• ولتاژ ۱٫۲ ولتی
• متأثر بودن از اثر حافظه
• بالا بودن نرخ دشارژ خودکار در برخی مدل‌ها

تا اواخر دهه‌ی ۹۰ میلادی باتری‌های نیکل-کادمیوم (NiCd) تقریبا تنها گزینه‌ی موجود باتری شارژی به‌شمار می‌رفتند؛ تا اینکه باتری‌های نیکل-هیدرید فلزی (NiMH) با ظرفیت سه برابری و مواد غیر‌ سمی از راه رسیدند. باتوجه به مزایای باتری‌های NiMH چندان جای تعجب نیست که پس از گذشت مدت کوتاهی از ظهور آن‌ها، باتری‌های NiCd تقریبا به‌طور کامل از بازار ناپدید شدند.

باتری‌های شارژی NiMH قلمی و نیم‌قلمی انه‌لوپ پاناسونیک

اما آنچه باتری‌های NiMH را از باتری‌های متداول غیر شارژی (مانند باتری‌های آلکالاین) متمایز می‌کند، مقاومت درونی اندک آن‌ها و درنتیجه توانایی تأمین جریان بالا بدون افت ظرفیت برای دستگاه‌های پرمصرف است.

برای مثال، یک باتری متداول قلمی آلکالاین تحت بار ۲۵ میلی‌آمپری، ظرفیتی برابر با ۲۶۰۰ میلی‌آمپر خواهد داشت؛ اما اگر جریان گرفته‌شده از همین باتری را به ۵۰۰ میلی‌آمپر افزایش دهیم، به‌ دلیل مقاومت داخلی بالای باتری‌های آلکالاین، ظرفیت آن به ۱۳۰۰ میلی‌آمپر ساعت افت خواهد کرد. دوربین‌های دیجیتال مجهز به LCD و فلش‌لایت در مواقعی نیاز به جریان ۱۰۰۰ میلی‌آمپری دارند و باتری‌های NiMH می‌توانند این جریان را بدون افت ظرفیت تأمین کنند. به همین دلیل است که بسیاری از سازندگان دوربین‌ دیجیتال استفاده از باتری‌های NiMH را توصیه و دوربین‌های خود را برای ولتاژ ۱٫۲ ولتی این باتری‌ها طراحی می‌کنند.

ساختار درونی باتری‌های نیکل-هیدرید فلز (NiMH)

مقاومت داخلی پایین باتری‌های NiMH همچنین باعث می‌شود تا ولتاژ آن‌ها برخلاف باتری‌های آلکالاین وابسته به میزان شارژ باقی‌مانده نباشد و تقریبا در تمام طول عمر باتری ثابت باقی بماند. تعداد سیکل‌های شارژ باتری‌های NiMH معمولا بیشتر از ۱۰۰۰ سیکل است. برخی باتری‌های Eneloop جدید ساخت پاناسونیک را می‌توان تا ۱۸۰۰ سیکل استفاده کرد. 

همان‌طور که در قسمت «اثر حافظه» توضیح دادیم، ظرفیت باتری‌های نیکل-هیدرید فلزی در صورت شارژ کردن باتری نیمه‌پر ممکن است کاهش پیدا کند؛ بنابراین این باتری‌ها را باید تنها درصورت خالی شدن کامل، مجددا شارژ کرد.

مزایا:

• قابلیت شارژ مجدد
• مناسب برای دستگاه‌های نیازمند جریان بالا
• عمر بیشتر نسبت به باتری‌های NiMH در برخی مصارف خاص
• ولتاژ بیشتر (۱٫۶ ولت) و درنتیجه مناسب‌تر بودن برای چراغ قوه‌ها

معایب:

• صدمه رساندن ولتاژ بالا (۱٫۶ ولت) به دستگاه‌های فاقد تنظیم‌کننده‌ی ولتاژ
• نرخ دشارژ خودکار بسیار بالا (۱۳ درصد در ماه)
• کاهش ظرفیت با هر بار شارژ مجدد
• نرخ خرابی بیشتر نسبت به دیگر انواع باتری
• موجود بودن در تنها دو سایز AA و AAA
• کمیاب بودن

در سال ۲۰۰۹ شرکت پاورجنیکس باتری‌های NiZn را به‌عنوان جایگزینی برای باتری‌های NiMH در مصارف نیازمند به ولتاژ بالاتر معرفی کرد. ولتاژ ۱٫۶ ولتی این باتری‌ها به آن‌ها کمک می‌کند فلاش دوربین‌های دیجیتال را سریع‌تر شارژ کنند و نور بیش‌تری در اختیار چراغ‌قوه قرار بدهند؛ اما همین ولتاژ می‌تواند به دستگاه‌هایی که فاقد رگولاتور ولتاژ هستند صدمه بزند.

باتری نیم‌قلمی نیکل-روی (NiZn). توجه کنید که ظرفیت باتری به میلی‌وات ساعت مشخص شده است.

به‌دلیل معایب بسیار زیاد باتری‌های NiZn، پاورجنیکس تنها پس از دو سال، تولید آن را متوقف کرد و هم‌اکنون تنها چند برند چینی باتری‌هایی با این فناوری تولید می‌کنند.

مزایا:

• قابلیت شارژ مجدد
• نرخ دشارژ خودکار پایین (عمر قفسه‌ی بالا)

معایب:

• عمر سیکلی بسیار پایین
• ظرفیت کم در برخی مدل‌ها
• کاهش یافتن ظرفیت و ولتاژ پس از هر بار شارژ کردن
• مناسب نبودن برای دستگاه‌های نیازمند جریان بالا
• نیاز داشتن به شارژر مخصوص و سرعت شارژ بسیار پایین
• احتمال بسیار بالاتر نشت مواد داخلی نسبت به دیگر انواع باتری
• کمیاب بودن

 باتری‌های آلکالاین شارژی یا به اختصار RAM ا(Rechargeable Alkaline Manganese) نوع دیگری از باتری‌های قلیایی هستند که برخلاف نوع یک‌بار مصرف می‌توان آن‌ها را شارژ کرد و مجددا مورد استفاده قرار داد. ظرفیت باتری‌های RAM حدود دوسوم باتری‌های آلکالاین غیر شارژی و نرخ دشارژ خودکار آن‌ها از باتری‌های NiMH کمتر است.

باتری شارژی آلکالاین (RAM)

RAM-ها برای اولین‌بار در سال ۱۹۹۲ معرفی شدند و در زمان خود از بهترین انواع باتری قلمی شارژی به‌شمار می‌رفتند؛ اما با آمدن باتری‌های NiMH و بهبود پیدا کردن عمر قفسه‌ی آن‌ها در سال‌های اخیر، تقریبا دیگر دلیلی برای خرید باتری‌های RAM وجود ندارد.

تعداد دفعات شارژ و دشارژ کامل RAM-ها قبل از به پایان رسیدن عمر مفید باتری حدود ۲۰ سیکل کامل است که در مقایسه با تعداد سیکل دیگر انواع باتری‌های شارژی بسیار کم است. RAM-ها همچنین مانند دیگر انواع باتری‌های قلیایی مقاومت درونی بالایی دارند که این ویژگی آن‌ها را برای استفاده در کاربردهایی که به جریان بالای الکتریسیته احتیاج دارند، نامناسب می‌کند.

مزایا:

• قابلیت شارژ مجدد
• عملکرد فوق‌العاده در دستگاه‌های نیازمند جریان بالا

معایب:

• استاندارد نبودن ولتاژ (۳٫۷ ولت) برای مصارف متداول
• صدمه زدن به دستگاه‌های متداول درصورت استفاده‌ی سهوی
• نیاز داشتن به شارژر مخصوص
• کمیاب بودن

باتری شارژی لیتیوم یونی در سایز استاندارد ۱۸۶۵۰

هرچند فناوری Li-on در دنیای باتری‌های قلمی تقریبا جایی ندارد؛ اما در باتری‌های لپ‌تاپ‌ها، تلفن‌های هوشمند، خودروهای الکتریکی و دیگر مصارف بسیار متداول است.

ساختار درونی باتری‌های لیتیوم-یون (Li-ion)

دقت داشته باشید که نباید باتری‌های شارژی لیتیوم-یونی را با باتری‌های یک‌بارمصرف لیتیومی اشتباه گرفت.

باتوجه به آنچه گفته شد، هنگامی که بحث انتخاب بین باتری‌های شارژی قلمی در میان باشد، باتری‌های NiMH نه‌تنها بهترین، بلکه تقریبا تنها گزینه هستند. به احتمال زیاد به‌جز باتری‌های NiMH هیچ‌کدام از باتری‌هایی را که در بالا به آن‌ها اشاره شد در بازار پیدا نخواهید کرد.

با مشخص شدن پاسخ به این سؤال که کدام فناوری باتری شارژی از سایر بهتر است، حال دو پرسش جدید به وجود می‌آید. اینکه «چه موقع به‌جای باتری معمولی از باتری شارژی استفاده کنیم؟» و «کدام باتری NiMH از سایر بهتر است؟»

برای مثال، ساعت دیواری یا ریموت کنترل تلویزیون را درنظر بگیرید. ازآنجایی که این دستگاه‌ها معمولا سالی یک بار نیاز به تعویض باتری دارند، می‌توان از باتری‌های قلمی معمولی با قیمت ۱۰۰۰ تومان یا کمتر در آن‌ها استفاده کرد. درصورتی‌که از یک باتری شارژی ۲۰ هزارتومانی در چنین دستگاهی استفاده کنید، ممکن است بیشتر از ۲۰ سال طول بکشد تا خرید شما توجیه اقتصادی پیدا کند؛ هرچند از لحاظ «زیست‌محیطی» استفاده‌ی چندباره از یک باتری شارژی همچنان بهتر از دور انداختن ۲۰ باتری یک‌بارمصرف است.

اما در دستگاه‌های پرمصرف مانند دوربین دیجیتال، دسته‌ی بازی و اسباب‌بازی‌های پرمصرف، استفاده از باتری‌های غیر شارژی نه توجیه اقتصادی دارد و نه زیست‌محیطی.

پاسخ به این سؤال نیز بستگی به مورد استفاده‌ی شما دارد. برای مثال سه حالت زیر را درنظر بگیرید:

• برای دوربین دیجیتال، چراغ قوه یا هر دستگاه پرمصرف دیگری که قرار است هر هفته (یا هر چند هفته) یک بار از آن به مدت طولانی و تحت بار شدید استفاده شود، (برای مثال هنگام طبیعت‌گردی یا قطع متناوب برق) اولین معیار شما هنگام خرید باتری شارژی باید ظرفیت آن و سپس عمر قفسه باشد.
• اگر گیمری هستید که دو روزی یک بار باتری دسته‌ی بی‌سیم خود را عوض می‌کنید، یا اسباب بازی خاصی دارید که هر روز احتیاج به تعویض باتری دارد، هنگام خرید باتری شارژی قبل از هر چیز باید به تعداد سیکل‌هایی که باتری قادر است شارژ و دشارژ شود توجه کنید و سپس به‌عنوان معیار دوم، ظرفیت آن را نیز مد نظر قرار دهید.
• برای موس یا کیبورد بی‌سیمی که معمولا هر شش ماه (یا بیشتر) یک بار احتیاج به تعویض باتری دارد، نرخ دشارژ خودکارِ پایین یا عمر قفسه‌ی بالا از همه چیز مهم‌تر است.

دراین‌میان، باتری‌های Eneloop ساخت پاناسونیک به داشتن بیشترین عمر قفسه بین تمامی انوع باتری‌های شارژی NiMH قلمی شهرت دارند و عمر مفید آن‌ها (از لحاظ تعداد سیکل‌های شارژ) در بعضی مدل‌ها به ۳۰۰۰ سیکل نیز می‌رسد.

توجه داشته باشید ظرفیت باتری‌های قلمی (AA) شارژی معمولا بین ۲۰۰۰ تا ۲۵۰۰ میلی‌آمپر ساعت است و در پرظرفیت‌ترین مدل‌ها به زحمت به ۲۷۰۰ میلی‌آمپر ساعت می‌رسد. باتری‌های با ظرفیت بالای ۳۰۰۰ میلی‌آمپر ساعتی که در بازار وجود دارند، تقریبا همگی تقلبی هستند.

ظرفیت خارق‌العاده، یکی از ویژگی‌های باتری‌های شارژی تقلبی است!

باتوجه به آنچه تابه‌اینجا گفته شد، در ادامه‌ی متن منظور از «باتری شارژی»، نوع خاصِ «نیکل-هیدرید فلز یا NiMH» است.

شارژرهای باتری‌های قلمی به دو نوع هوشمند (خودکار) و غیر هوشمند (دستی) تقسیم می‌شوند. شارژرهای هوشمند، هر باتری را جداگانه و به‌صورت مستقل از دیگر باتری‌ها شارژ می‌کنند و قطع‌کن خودکار آن‌ها فرایند شارژ هر باتری را در زمان متفاوت و پس از پر شدن آن باتری متوقف می‌کند. شارژرهای غیر هوشمند ولتاژ و جریان یکسانی در اختیار همه‌ی باتری‌ها قرار می‌دهند یا اصلا قطع‌کن خودکار ندارند، یا زمان قطع جریان آن‌ها از پیش تعیین شده و ثابت است.

انواع پیشرفته‌ی شارژرهای هوشمند علاوه‌بر زمان متفاوت، قادر هستند ولتاژ و جریان متفاوتی به هر باتری اختصاص بدهند و حتی با استفاده از آن‌ها می‌توان ظرفیت واقعی باتری را نیز اندازه گرفت. روش اندازه‌گیری ظرفیت باتری در این شارژرها به این صورت است که شارژر ولتاژ باتری را تا یک ولت کاهش می‌دهد و مقدار انرژی خارج شده در جریان این فرایند را اندازه می‌گیرد (بیشتر دستگاه‌های الکترونیکی مجهز به باتری قلمی، با ولتاژ زیر یک ولت کار نمی‌کنند و پس از رسیدن ولتاژ باتری به این مقدار خاموش می‌شوند).

یکی از قابلیت‌های دیگر شارژرهای هوشمند، «ریفرش» کردن خودکار باتری و ازبین‌بردن «اثر حافظه» است (برای آشنایی با اثر حافظه قسمت اول را مطالعه کنید). برای این کار شارژر ابتدا به آهستگی شارژ باتری را خالی می‌کند و در حین این کار ظرفیت آن را اندازه می‌گیرد. سپس شارژر باتری را شارژ و بار دیگر آن را خالی می‌کند و ظرفیت آن را طی فرایند دشارژ مجددا اندازه می‌گیرد. پس مقایسه‌ی نتایج به‌دست آمده از این فرایند، اگر ظرفیت باتری افزایش یافته بود، شارژر سیکل شارژ-دشارژ باتری را آن‌قدر تکرار می‌کند که باتری به حداکثر ظرفیت خود برسد.

در سوی دیگر اما شارژرهای غیر هوشمند انرژی یکسانی به تمامی باتری‌های قرار گرفته درون شارژر سرازیر می‌کنند و زمان به اتمام رسیدن فرایند شارژ در آن‌ها ربطی به پر شدن باتری ندارد. زمان قطع جریان در انواع نسبتا مرغوب تنها به‌وسیله‌ی یک تایمر ثابت و از پیش تعیین شده مشخص می‌شود؛ درحالی‌که انواع ارزان حتی از وجود همین قطع‌کن ساده نیز بی‌بهره هستند و کاربر باید خودش به‌صورت دستی پس از گذشت چند ساعت باتری را از شارژر خارج کند. اگر شارژر شما مجهز به قطع‌کن خودکار نیست، می‌توانید با استفاده از این سایت با وارد کردن نوع و ظرفیت باتری و جریان شارژر، زمان مورد نیاز برای شارژ هر نوع باتری را به دست بیاورید.

استفاده از شارژرهای غیر هوشمند ممکن است به باتری صدمه صدمه بزند و باعث کاهش ظرفیت و طول عمر آن شود؛ به همین دلیل توصیه می‌شود در صورت امکان حتما از شارژرهای هوشمند استفاده کنید.

شارژ کردن باتری با استفاده از شارژرهای سولار معمولا به‌دلیل مساحت کم پنل خورشیدی قرار گرفته روی آن‌ها بسیار زمان‌بر است و بسته به شرایط آب و هوایی گاهی چندین روز طول خواهد کشید. از طرفی اگر شارژر مجهز به محفظه‌ی مناسبی برای نگه‌داری باتری نباشد، قرار گرفتن در معرض تابش مستقیم نور خورشید می‌تواند باعث گرم شدن باتری و آسیب رسیدن به آن شود.

به‌طور کلی ازآنجایی‌که پرکردن باتری‌های قلمی نیازمند صرف انرژی زیادی نیست، توصیه می‌شود برای شارژ کردن آن‌ها از شارژرهای معمولی استفاده کنید. «آسیب رسیدن به باتری و درنتیجه دورانداختن آن»، صدمه‌ی بسیار بیشتری نسبت به «چند میلی وات-ساعت انرژی غیر خورشیدی» به محیط زیست وارد می‌کند.

شارژرهای باتری قلمی و تکنولوژی‌های آن‌ها را نباید با شارژرهای گوشی‌های هوشمند مقایسه کرد؛ چرا که باتری اکثر گوشی‌های هوشمند از نوع لیتیوم-یونی یا لیتیوم-پلیمری است و ساختار درونی و سازوکار شارژ آن‌ها با باتری‌های NiMH قلمی تفاوت دارد.

جریان ایده‌آل توصیه شده برای شارژ یک باتری ۲۰۰۰ میلی‌آمپر ساعتی NiMH قلمی، ۲۰۰ میلی‌آمپر است؛ که درنتیجه به زمان شارژ ۱۰ ساعته منجر می‌شود. حال اگر این جریان را به ۴۰۰ میلی‌آمپر افزایش دهیم، مدت زمان مورد نیاز برای شارژ نصف خواهد شد؛ اما در عین حال عمر مفید باتری نیز اندکی کاهش پیدا می‌کند. درواقع بیشتر شارژرهای به اصطلاح سریع موجود در بازار با استفاده از همین تکنیکِ افزایش جریان، باتری‌های قلمی را در مدت کوتاه‌تری شارژ می‌کنند و تکنولوژی خاصی در آن‌ها به‌کار گرفته نشده است.

هزینه و میزان انرژی الکتریکی مورد نیاز برای شارژ باتری قلمی چقدر است؟

برای شارژ کردن هر باتری قلمی معمولا به ۸.۵ تا ۱۰ وات-ساعت انرژی الکتریکی نیاز است. باتوجه به تعرفه‌های وزارت نیرو، هزینه‌ی این مقدار برق مصرفی خانگی در گران‌ترین حالت ممکن (ماه‌های غیر گرم، مناطق غیر گرمسیر) به ۴.۵ ریال و در در ارزان‌ترین حالت ممکن (ماه‌های گرم، مناطق گرمسیر) به ۱.۵ ریال می‌رسد. این یعنی هزینه‌ی شارژ دو باتری AA در گران‌ترین حالتِ ممکن کمتر از ۱۰ ریال یا یک تومان است.

آیا باتری‌های شارژی قلمی نیاز به شارژ اولیه دارند؟ زمان این شارژ چقدر است؟

تقریبا تمامی باتری‌های شارژی قلمی بازار از نوع NiMH هستند و نیازی به شارژ اولیه ندارند. حتی اگر به‌دلیل پایین بودن عمر قفسه‌ی باتری یا گذشتن مدت زیادی از تولید آن (و درنتیجه خالی بودن باتری)، نیاز به شارژ اولیه وجود داشته باشد، زمان آن با زمان شارژ در حالت عادی فرقی نمی‌کند.

آیا پس از پر شدن باتری می‌توان آن را درون شارژر خودکار یا هوشمند باقی گذاشت یا حتما باید آن را از شارژر متصل به برق خارج کرد؟

شارژرهای خودکار و هوشمند پس از پر شدن باتری، فرایند شارژ خود را کاملا متوقف نمی‌کنند؛ بلکه تنها شدت جریان را کاهش می‌دهند. این ویژگی که به «قطره چکاندن» (trickle) مشهور است، در بیشتر شارژرها وجود دارد و اگرچه در کوتاه‌مدت باعث صدمه رسیدن به باتری نمی‌شود، اما در درازمدت ممکن است عمر باتری را کاهش بدهد. بنابراین حتی هنگام استفاده از پیشرفته‌ترین انواع شارژر هوشمند نیز توصیه می‌شود پس از کامل شدن شارژ، باتری را بیشتر از یک روز درون شارژر باقی نگذارید.

آیا از شارژر یک برند می‌توان برای شارژ باتری برند دیگر استفاده کرد؟

مادامی که نوع و ظرفیت باتری مورد نظر یکسان باشد، استفاده از شارژر و باتری با برندهای متفاوت هیچ اشکالی ندارد. به‌عنوان مثال، شارژر سونی که به‌همراه باتری‌های قلمی ۲۵۰۰ میلی‌آمپر ساعتی NiMH فروش می‌رود را می‌توان برای شارژ باتری قلمی ۲۵۰۰ میلی‌آمپر ساعتی NiMH پاناسونیک استفاده کرد.

آیا می‌توان چند نوع باتری را به‌صورت ترکیبی هم‌زمان با هم با استفاده از یک شارژر شارژ کرد؟

اگر شارژر شما از نوع هوشمند است و هر باتری را جداگانه مدیریت و شارژ می‌کند، می‌توانید با استفاده از آن باتری‌هایی با ظرفیت‌های مختلف را به‌صورت هم‌زمان شارژ کنید. با استفاده از این شارژرها حتی می‌توان انواع مختلف باتری‌های شارژی مانند نیکل-کادمیوم (NiCd) و نیکل-روی (NiZn) را نیز درکنار باتری‌های NiMH شارژ کرد.

چرا بعضی انواع باتری قلمی ۱.۵ ولتی و بعضی انواع دیگر ۱.۲ ولتی هستند؟

ولتاژ درج شده روی باتری‌های غیر شارژی آلکالاین ۱.۵ و ولتاژ نوشته شده روی باتری‌های شارژی NiMH برابر با ۱.۲ ولت است؛ اما در واقعیت میانگین ولتاژ باتری‌های آلکالاین نیز به ۱.۲ ولت می‌رسد. تفاوت اصلی در این است که ولتاژ باتری‌های آلکالاین در حالت شارژ کامل برابر با ۱.۵ ولت است و با گذشت زمان و خالی شدن شارژ، این میزان به ۱ ولت کاهش پیدا می‌کند. این در حالی است که باتری‌های NiMH در ۸۰ درصد زمان شارژدهی ولتاژ ثابت ۱.۲ ولتی دارند. جالب است بدانید ولتاژ باتری‌های آلکالاین زمانی‌که ۵۰ درصد از شارژ خود را مصرف کرده باشند به کمتر از ۱.۲ ولت افت می‌کند؛ درنتیجه این باتری‌ها در بیشتر طول عمر خود ولتاژی کمتر از باتری‌های NiMH در اختیار دستگاه قرار می‌دهند.

آیا استفاده از باتری با ظرفیت بالا (مثلا ۲۷۰۰ میلی‌آمپر ساعت) به دستگاه‌های کم‌مصرف صدمه نمی‌زند؟

ظرفیت بالا به جز افزایش دادن عمر باتری، تأثیر دیگری روی دستگاه نمی‌گذارد. تنها مشخصه‌ی باتری که ممکن است روی عملکرد دستگاه تأثیر بگذارد، ولتاژ آن است؛ که آن هم باتوجه‌به مجهز بودن اکثر دستگاه‌ها به رگولاتور ولتاژ و قرارگرفتن ولتاژ بیشتر باتری‌های قلمی بین ۱.۲ تا ۱.۵ ولت، چندان جای نگرانی ندارد.

اگر برای مدت طولانی قصد استفاده از باتری شارژی نداشته باشیم، آیا باید آن را در حالت شارژ کامل نگه‌داری کنیم یا بدون شارژ؟

باتری‌های شارژی را باید همواره با شارژ کامل نگه‌داری کرد. بعضی انواع باتری شارژی اگر برای مدت طولانی بدون شارژ نگه‌داری شوند، بار الکتریکی و درنتیجه ولتاژشان به‌قدری کاهش پیدا می‌کند که برخی شارژرهای هوشمند آن‌ها را به‌عنوان باتری سالم تشخیص نمی‌دهند و شارژ نمی‌کنند.

آیا استفاده نکردن طولانی مدت از باتری شارژی روی عملکرد آن تأثیر می‌گذارد؟

عدم استفاده از باتری‌های شارژی NiMH به مدت طولانی ظرفیت آن‌ها را به‌طور همیشگی و غیر قابل بازگشت کاهش می‌دهد. اگر از شارژر هوشمند استفاده می‌کنید می‌توانید هر چند ماه یک بار با استفاده از قابلیت «ریفرش» باتری را شارژ-دشارژ کنید.

آیا قرار گرفتن باتری در مجاورت آهنربا برای آن ضرر دارد؟

خیر. میدان مغناطیسی تأثیری روی عملکرد باتری نمی‌گذارد.

آیا می‌توان به‌منظور افزایش عمر باتری و حفظ شارژ آن را در فریزر نگه‌داری کرد؟

اگرچه نگه‌داری از باتری در دمای پایین باعث افزایش عمر قفسه‌ی آن می‌شود، ولی این تأثیر بسیار ناچیز و قابل چشم‌پوشی است. تنها دلیل موجه برای نگه‌داری باتری در فریزر، شرایط آب و هوایی بسیار گرم محل زندگی و عدم امکان نگه‌داری باتری در شرایط دمای اتاق (۲۵ درجه‌ی سانتی‌گراد) است. درهرصورت، قبل از استفاده از باتری باید آن را دوباره به دمای اتاق برسانید.

آیا باتری‌های شارژی NiMH را می‌توان همراه‌با دیگر زباله‌های خانگی دفع کرد؟

باتری‌های شارژی NiMH فاقد مواد سمی هستند و دفع معمولی آن‌ها برای محیط زیست خطرناک نیست؛ اما همچنان توصیه می‌شود آن‌ها را به همراه دیگر زباله‌های الکترونیکی بازیافت کنید.