آنچه در مورد باتري ها بايد بدانيد

ساخت باتري با ساختار پيشرفته کنوني، نخستين بار در سال 1800 ميلادي شکل گرفت. الساندرو ولتا - دانشمند ايتاليايي- براي نخستين بار يک پيل با نام "پيل ولتايي" ساخت که در آن دو صفحه فلزي يکي از روي و ديگري از نقره به عنوان الکترودها استفاده مي‌شدند. اين دو صفحه در محلول آب نمک قرار گرفته و توسط يک صفحه مقوايي نازک از هم جدا مي‌شدند. هنگامي‌که دو سر بالايي صفحه‌هاي فلزي توسط سيم به هم وصل شدند، درون سيم جريان الکتريسته برقرار شد. ولتا سعي کرد که پتانسيل الکتريکي ايجاد شده را اندازه‌گيري کند. اين پتانسيل الکتريکي همان ولتاژ نام گرفت که بعد از او با واحد" ولت" سنجيده مي‌شود.

آنچه که امروز به نام باتري مي‌شناسيم در واقع همان پيل ولتايي در شکل جديدتر و پيشرفته‌تر است.

نحوه عملکرد باتري

باتري وسيله‌اي است که انرژي شيميايي را به انرژي الکتريکي تبديل مي‌کند. باتري‌هاي امروزي مثل باتري‌هاي AA، C يا D، دو انتهاي مثبت و منفي دارند. داخل تمام اين باتري‌ها، همانند پيل ولتايي بوده و تنها از مواد مختلف و گوناگوني استفاده مي‌کنند. در تمام باتري‌ها از فلزات براي الکترود و از مواد ديگري که مشابه آب نمک هستند، براي الکتروليت استفاده مي‌شود. الکترودها با هم در تماس مستقيم نبوده و تنها تماس آن‌ها از طريق الکتروليت صورت مي‌گيرد.

وقتي يک سيم به قطب‌هاي مثبت و منفي باتري وصل مي‌شود جريان الکتريسته از قطب منفي به سمت قطب مثبت سيم به حرکت در مي‌آيد. حرکت جريان درون سيم، در واقع حرکت الکترون‌هاي داخل آن است که مي‌تواند وسايل الکتريکي را به کار بيندازد.

پتانسيل الکتريکي ايجاد شده بين دو سر باتري، ولتاژ باتري ناميده شده و با واحد ولت سنجيده مي‌شود.

ميزان اين پتانسيل يا نيروي محرکه به نوع واکنش صورت گرفته درون باتري بستگي داشته و مواد مختلف پتانسيل‌هاي گوناگوني را توليد مي‌کنند.

انواع باتري‌ها

باتري‌ها در دستگاه‌هاي مختلفي استفاده مي‌شوند. جدا از دستگاهي که باتري درون آن استفاده مي‌شود، باتري‌ها به دو دسته اوليه (Primary) و ثانويه (Secondary) تقسيم مي‌شوند. در باتري‌هاي اوليه با مصرف مواد شيميايي داخل باتري، عمر باتري به پايان مي‌رسد، در حالي‌که باتري‌هاي ثانويه قابليت شارژ مجدد دارند. در باتري‌هاي ثانويه، با وصل کردن باتري مصرف شده به جريان الکتريسته، ترکيب شيميايي مواد داخل باتري به حالت اوليه بازگشته و امکان استفاده مجدد از باتري فراهم مي‌شود. با اين حال به دلايلي چون خوردگي داخلي، از دست رفتن ماده الکتروليت و مواد فعال داخل باتري، اين نوع باتري‌ها را تنها به تعداد معين و محدود مي‌توان شارژ مجدد کرد.

باتري‌هاي اوليه

باتري‌هاي ارزان قيمت AA ،C و باتري‌هاي خشک نوع D، در اين دسته قرار مي‌گيرند. در اين باتري‌ها از کربن و روي به عنوان الکترود و از يک خمير اسيدي به عنوان الکتروليت استفاده مي‌شود. اين باتري‌ها، ولتاژ 5/1 ولت توليد مي‌کنند.

باتري‌هاي قليايي (Alkaline) که توسط شرکت‌هايي چون Duracell و Energizer عرضه مي‌شوند، به‌جاي کربن از اکسيد منيزيم استفاده مي‌کنند و همان‌طور که از نام باتري پيداست، الکتروليت اسيدي با يک ماده قليايي جايگزين شده است. اين باتري‌ها نيز خروجي 5/1 ولت دارند.

باتري‌هاي يکبار مصرف، براي مصرف فوري و ضروري توليد شده و پس از تمام شدن قدرت آن‌ها، بايد دور ريخته شوند. اين باتري‌ها معمولا براي دستگاه‌هاي قابل حمل که شدت جريان کمي را طلب مي‌کنند و يا هميشه استفاده نمي‌شوند، به‌کار گرفته مي‌شوند. ساعت‌ها و کنترل‌ها جزو اين دسته از دستگاه‌ها هستند.

باتري‌هاي ثانويه

اين باتري‌ها قابل شارژ هستند. باتري‌هاي اتومبيل، نمونه‌اي از باتري‌هاي قابل شارژ هستند که سرب و اکسيد سرب، الکترودها و يک اسيد قوي، الکتروليت آن‌را تشکيل مي‌دهد.

در باتري‌هاي نيکل- کادميوم (NiCd)، کاديوم و هيدروکسيد نيکل نقش الکترود را داشته و الکتروليت، هيدروکسيد پتاسيم است. باتري‌هاي NiCd قادرند شدت جريان بسيار بالايي را توليد کنند و با شدت جريان بسيار بالا مي‌توان آن‌ها را در مدت زمان کوتاهي شارژ کرد. اين باتري‌ها از يک عيب بزرگ به نام اثر حافظه (Memory Effect) رنج مي‌برند. زماني‌که شارژ يک باتري NiCd به‌طور کامل تمام نشده باشد و اقدام به شارژ مجدد آن شود، دانه‌هاي کريستالي درون باتري تبلور يافته و رشد مي‌کنند. اين دانه‌ها، ظرفيت باتري را کاهش داده و حذف آن‌ها از باتري نيز دشوار است.

باتري‌هاي نيکل- هيدريد فلزي(NiMh) جايگزين بسيار مناسبي براي باتري‌هاي NiCd هستند، چرا که خصوصيات مشابه آن‌ها را داشته و از اثر حافظه نيز رنج نمي‌برند. هر دوي اين باتري‌ها، خروجي 2/1 ولت دارند. تمام باتري‌هاي قابل شارژ‌، اگر مدت زمان طولاني استفاده نشوند، مقداري از شارژ خود را از دست مي‌دهند. براي مثال، وقتي از يک باتري NiMh براي مدت 6 ماه استفاده نشود بين 20 تا 50 درصد شارژ خود را از دست خواهد داد. ميزان هدر رفت شارژ به عواملي چون دماي نگهداري باتري بستگي دارد.

باتري‌هاي ليتيوم-يون (Li-ion) به‌طور گسترده در لپ‌تاپ‌ها و تلفن‌هاي همراه استفاده مي‌شوند. اين باتري‌ها از ليتيوم و کربن به عنوان الکترود استفاده مي‌کنند. نسبت توان ذخيره شده به وزن باتري در اين نوع باتري‌ها بسيار بالا بوده و سرعت از دست دادن شارژ به‌خاطر عدم استفاده نيز بسيار پايين است.

باتري‌هاي قابل شارژ نظير NiMH، معمولا به صورت بدون شارژ به فروش مي‌رسند و براي استفاده بايد ابتدا شارژ شوند. با اين حال برخي از مدل‌هاي جديد اين باتري‌ها با شارژ به فروش مي‌رسند.

باتري‌هاي پيشرفته

توليدکنندگان باتري هميشه در راه بهبود باتري‌ها، استفاده از مواد شيميايي جديدتر با ظرفيت بالاتر و کاهش اندازه و وزن باتري‌ها حرکت کرده‌اند.

براي مثال Energizer ادعا مي‌کند که باتري‌هاي سري Ultimate Lithium اين شرکت، با دوام‌ترين باتري‌هاي سايز AA و AAA در جهان است. طبق اطلاعات موجود، اين باتري‌ها 8 برابر باتري‌هاي معمولي، شارژ در خود نگه مي‌دارند و يک سوم باتري‌هاي آلکالاين معمولي، وزن دارند. اين باتري‌ها قادرند در شرايط عملياتي فوق‌العاده بين 40- تا 60+ درجه سانتي‌گراد کار کنند. اين باتري‌ها را تا 15 سال مي‌توان نگهداري کرد. استفاده اين باتري‌ها براي دستگاه‌هاي پيشرفته با تکنولوژي بالا مثل دوربين‌ها، ضبط کننده‌هاي موسيقي، ماوس و کيبورد و دستگاه‌هاي قابل حمل GPS توصيه مي‌شود.

شرکت معروف Duracell نيز،‌يک باتري با نام PowerPix طراحي کرده که از تکنولوژي انحصاري اين شرکت با نام NiOx بهره مي‌برد. اين شرکت ادعا مي‌کند با اين باتري‌ها مي‌توانيد با دوربين ديجيتالي خود بيش از 2 برابر بيشتر نسبت به باتري‌هاي آلکالاين معمولي عکس بگيريد.

براي استفاده بهينه و بهتر از باتري‌ها بد نيست نکات زير را بدانيد:

- کيفيت تمام باتري‌ها با گذشت زمان کاهش مي‌يابد، حتي اگر مورد استفاده قرار نگيرند.

- سرعت از دست رفتن شارژ باتري در دماهاي پايين،‌کم‌تر است.

- نگهداري باتري در دماهاي بسيار بالا يا بسيار پايين، روي ولتاژ خروجي باتري تاثير مي‌گذارد.

- باتري‌هاي با ترکيب شميايي مختلف را هرگز در يک دستگاه استفاده نکنيد.

- ترکيب باتري‌هاي قابل شارژ و غير قابل شارژ را نيز روي يک دستگاه نبايد استفاده کرد.

- باتري‌هاي آلکالايني در شرايط استفاده معمولي يا عدم استفاده، نشتي ندارند. با اين حال، دماي بالا، استفاده از باتري‌هاي نو و کارکرده درکنار هم و استفاده از باتري‌هايي با ترکيب شميايي مختلف در کنار هم، احتمال نشتي را افزايش مي‌دهد.

- نشتي باتري به شدت سوزش‌آور بوده و نبايد در تماس با پوست قرار گيرد.

- براي رسيدن به بالاترين کارآيي، باتري‌هاي قابل شارژي که براي مدت طولاني استفاده نشده‌اند را قبل از استفاده، حتما شارژ کنيد.

ترجمه : احسان

برخی از منابع استفاده شده:

electronics.howstuffworks.com/everyday-tech/lithium-ion-battery1.htm

batteryuniversity.com

inventors.about.com/od/bstartinventions/ss/How-A-Battery-Works.htm

دانشگاه آزاد سنندج

آنچه در مورد باتري ها بايد بدانيد

نحوه عملکرد باتري

انواع باتري‌ها

باتري‌هاي اوليه

باتري‌هاي ثانويه

باتري‌هاي پيشرفته

مطالب مشابه :

براي گياهان آپارتمانی بايد از خاک سبك استفاده شود

GPS چگونه مختصات شما را پیدا میکند؟

آنچه در مورد باتري ها بايد بدانيد

چگونه مصرف سوخت اتومبيل خود را كاهش دهيم

بررسي ابعاد تعامل انسان و روبات : عضو تازه خانواده

آشنایی با سنسور ها در خودرو ها

تاريخچه هک | هکر کیست؟ | انواع حملات و رایجترین آنها در ایران

فرکانس شبکه های جدید سیما در فرستنده های دیجیتال