- کالای دیجیتال
- خانه و آشپزخانه
- زیبایی و سلامت
- مد و اکسسوری
- ورزش و سفر
- اسباب بازی، کودک و نوزاد
- لوازم التحریر و هنر
- ابزار و تجهیزات صنعتی
- محصولات فرهنگی
در گذشته، تنها راه تولید انرژی قابل حمل، استفاده از بخار یا سوخت بود؛ اما پس از اختراع باتری، زندگی آسان‌تر و راحت‌تر از قبل شد. امروزه، همه افراد به دنبال دستگاه‌های قابل حمل هستند تا کارهای روزمره‌شان را به راحتی انجام دهند؛ به عبارت دیگر، باتریها توانایی تأمین انرژی در کاربردهای قابل حمل را دارند. ممکن است باتریها به نظر نسبتاً کوچک و کند بیایند، اما با این حال، می‌توانند به‌نوعی نیروگاه کوچک تبدیل شوند. این ایده تولید نیروی قابل‌حمل مسئله‌ای نوین نیست و حتی انسان‌ها در دوران پیش از تاریخ نیز با استفاده از هیزم و سوخت‌ها نیرو تولید می‌کردند. می‌توان گفت که باتریها یک راه حل فوری برای تولید نیرو ارائه می‌دهند. در این مقاله، ما انواع مختلف باتریها را معرفی خواهیم کرد. انواع گوناگونی از باتریها در بازار عرضه میشود. همه این باتریها بر اساس تبدیل انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی کار میکنند. در ادامه، درباره انواع باتریها، طرز کار و کاربرد آن‌ها بحث خواهیم کرد اما قبل از آن ابتدا نگاهی به تاریخچه باتریها می‌‌اندازیم.
در سال 1800 میلادی، آلساندرو ولتا (Alessandro Volta) به این نتیجه رسید که با استفاده از یک مایع خاص به‌عنوان رسانا، می‌توان به‌صورت مداوم برق تولید کرد. این کشف منجر به ساخت نخستین پیل ولتایی، به‌عبارت‌دیگر باتری، شد. اختراع باتری توسط ولتا، عصر جدیدی را در زمینه آزمایش و استفاده از باتریها آغاز کرد. تعدادی از دانشمندان در طی سال‌های بعدی برای ساخت باتریها آزمایش‌های متنوعی انجام دادند؛ اما تعداد کمی از آن‌ها توانستند به نتیجه موفقیت‌آمیز برسند. آلساندرو ولتا و جان فردریک دانیل (John Frederic Daniell) دو دانشمند بزرگ بودند که به ترتیب پیلهای ولتایی و دانیل را ساخته و به پیشرفت در این حوزه دست یافتند.
پیل ولتایی به‌منظور تولید انرژی الکتریکی از واکنش‌های شیمیایی استفاده می‌کند. در این نوع باتری، دو بخش اصلی به نام آند و کاتد با یکدیگر مخالف هستند. در آند، واکنش اکسایش رخ می‌دهد و الکترون‌ها آزاد می‌شوند، درحالی‌که در کاتد واکنش کاهشی رخ می‌دهد و الکترون‌ها به آنجا منتقل می‌شوند. برای تکمیل مدار و ایجاد جریان الکتریکی، یک پل نمکی بین آند و کاتد شکل می‌گیرد. دو بخش که در آن اکسایش و کاهش اتفاق می‌افتد، به نام نیم‌سلول معروف هستند. برای هدایت جریان الکترون‌ها نیز از یک مدار خارجی استفاده میشود. پیل ولتایی ابتدا توسط آلساندرو ولتا اختراع شد، اما این نسخه از باتری بسیار حجیم و قابل‌حمل نبود و دارای معایب زیادی بود. پس‌ازآن، پیل دانیل که توسط جان فردریک دانیل طراحی شد، محبوبیت بسیار بیشتری یافت.
پس از اختراع پیل ولتایی، پیل دانیل به‌عنوان یک منبع الکتریسیته مشهور شد. در این نوع پیل، یک ظرف به دو قسمت تقسیم میشود که توسط یک غشای نفوذپذیر نسبت به یون‌ها ایجاد میشود. در یکی از این قسمت‌ها، الکترود روی در محلول سولفات روی قرار دارد و در قسمت دیگر، الکترود مس در محلول سولفات مس قرار دارد. این پیل قادر به تولید جریان الکتریکی است تا زمانی که سولفات مس یا روی در آن مصرف شود. جان دانسر (John Dancer) این آزمایش را توسعه داد و اولین باتری با طراحی متخلخل (پرمنفذ) را اختراع کرد.
در سال 1859، باتری سرب – اسید توسط گاستون پلانته (Gaston Plante) اختراع شد. این باتری به دلیل قابلیت شارژ مجدد خود مورد توجه جامعه قرار گرفت. طراحی ساده این باتری، امکان شارژ مجدد از طریق معکوس کردن جریان الکتریکی به آن را فراهم می‌کند. این باتری هنوز هم در بسیاری از کاربردها مانند باتریهای اتومبیل، وسایل نقلیه موتوری و غیره استفاده میشود. علاوه بر این، باتری لکلانشه (Leclanche Battery) با طراحی خشک و بدون هیچ گونه الکترولیت مایعی توسط کارل گسنر (Carl Gessner) اختراع شد. این اختراع، استفاده از باتری را بسیار آسان کرد، زیرا مشکل سرریز شدن و جهت استفاده در این نوع باتری وجود نداشت. علاوه بر این، باتری نیکل-کادمیوم ابداع شد که یک باتری قلیایی شناخته می‌‌شد. در دهه 1970، بیشتر باتریهای لیتیومی اختراع شدند تا در وسایل قابل حمل مورداستفاده قرار گیرند.
باتریها نوعی منبع انرژی الکتریکی هستند که بر اساس نیازها و کاربردهای مختلف به چندین دسته تقسیم می‌شوند. دو دسته اصلی پیلهای اولیه و ثانویه هستند. پیلهای اولیه برای مصارف کوتاه‌مدت و تک‌باره به منظور تأمین انرژی از واکنش‌های شیمیایی استفاده میکنند و بعد از تخلیه، امکان شارژ مجدد آن‌ها وجود ندارد؛ اما پیلهای ثانویه یا باتریهای قابل شارژ، قابلیت شارژ و دوباره استفاده را دارا هستند و برای مصارف دائمی و چندباره مانند باتریهای خودرو و تلفن همراه به کار می‌روند. همچنین، پیلهای سوختی انرژی الکتریکی از واکنش سوخت مانند هیدروژن و اکسیژن بهره می‌برند و برای تأمین انرژی در خودروهای برقی و تجهیزات حمل‌ونقل عمومی مورد استفاده قرار می‌گیرند. پیلهای ایدکی نیز به‌عنوان منابع پشتیبان برای تأمین انرژی در صورت قطعی برق استفاده می‌شوند و در کامپیوترها، تلفن‌های ثابت، سیستم‌های امنیتی و تجهیزات پزشکی کاربرد دارند. این تنوع و تنوع کاربردها نشان از اهمیت باتریها در زندگی روزمره و صنعت دارند.
باتریهای غیر قابل شارژ که به‌عنوان باتریهای اولیه یا پیل اولیه نیز شناخته می‌شوند، نوعی باتری هستند که بعد از یک بار استفاده کامل، قابلیت شارژ مجدد ندارند. این باتریها به‌عنوان باتریهای یک بار مصرف معروف هستند. عامل اصلی کاهش عمر این باتریها اثر قطبش است که در طول استفاده ایجاد میشود. به‌منظور افزایش عمر این باتریها با کاهش اثرات قطبش، از واقطبیدگی شیمیایی استفاده میشود. این به معنای اکسید کردن هیدروژن با آب به‌وسیله اضافه کردن عامل اکسیدکننده به پیل است. به‌عنوان‌مثال، در پیلهای روی-کربن و لکلانشه، از منگنز دی‌اکسید به‌عنوان عامل اکسیدکننده استفاده میشود و در پیلهای بانسن (Bunsen) و گرو (Grove) از نیتریک اسید به‌عنوان عامل اکسیدکننده استفاده میشود. این روش‌ها به‌منظور افزایش طول عمر باتریهای اولیه و کاهش اثرات تخریبی قطبش مورداستفاده قرار می‌گیرند.
چند کاربرد پیلهای اولیه به‌صورت زیر است.
انواع باتری های غیر قابل شارژ عبارتند از:
باتریهای روی-کربن نخستین باتریهای خشک تجاری هستند که به‌عنوان پیلهای خشک شناخته می‌شوند. این نوع باتریها عمدتاً در مصارف کم‌توان و نیازمند به نیروی خیلی کم به کار می‌روند. در این باتریها، یک میله کربنی به‌عنوان یکی از الکترودها قرار می‌گیرد و جریان الکتریکی را از الکترود دی‌اکسید منگنز جذب می‌کند. این ترکیب می‌تواند تا 1.5 ولت جریان مستقیم (DC) تولید کند.
باتریهای روی-کربن عمدتاً در مصارفی مانند چراغهای قوه، رادیوها و ساعتهای دیواری که نیاز به منبع تأمین انرژی کم‌توان و کم حجم دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرند. این باتریها به‌عنوان منابع انرژی قابل‌اعتماد و با عمر طولانی برای این کاربردها مناسب هستند و به‌طور عام به‌عنوان باتریهای نیمه‌جامد (dry cell) نیز شناخته می‌شوند.
باتریهای آلکالین نیز نوعی باتری سلولی خشک هستند و از آند روی و کاتد دی‌اکسید منگنز تشکیل شده‌اند. این باتریها دارای یک قوطی فولادی هستند که بخش داخلی آن با دی‌اکسید منگنز پر میشود و الکترولیت حاوی روی و هیدروکسید پتاسیم در مرکز باتری وجود دارد. باتریهای آلکالین دارای چگالی بالاتری نسبت به بسیاری از باتریها هستند.
این باتریها عمدتاً در مصارفی که نیاز به انرژی پایدار و با عمر طولانی دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرند. از جمله کاربردهای رایج باتریهای آلکالین می‌توان به پخش‌کننده‌های صوتی، رادیوها، چراغهای قوه، دستگاه‌های دوربین، ساعتهای دیواری و بسیاری دیگر اشاره کرد. به دلیل عمر طولانی و کارایی بالای آن‌ها، باتریهای آل کالین انتخاب مناسبی برای مصارف مختلف هستند.
باتریهای پیل لیتیومی، به شکل سکه‌ای یا دکمه‌ای در بازار عرضه می‌شوند. این نوع باتریها از تکنولوژی لیتیوم استفاده میکنند و معمولاً ولتاژ خروجی بالاتری (حدود 3 ولت) نسبت به باتریهای روی، قلیایی و منگنز دارند. باتریهای پیل لیتیومی کوچک‌تر و سبک‌تر از بسیاری از باتریها هستند و طول عمر بیشتری دارند، تقریباً تا 10 سال می‌توانند دوام داشته باشند. این باتریها دارای مقاومت داخلی بالا هستند و بیشتر معمولاً قابلیت شارژ مجدد ندارند. یکی از متداول‌ترین باتریهای پیل لیتیومی که در وسایل الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد، CR2032 است. این باتریها دارای ولتاژ خروجی 3 ولت هستند و برای مصارفی که نیاز به منبع تغذیه کم توان و با عمر طولانی دارند، ایده‌آل هستند. از جمله کاربردهای معمول باتریهای پیل لیتیومی می‌توان به ساعتهای مچی، دستگاه‌های پزشکی، دستگاه‌های اندازه‌گیری، کلیدهای فازی و بسیاری دیگر اشاره کرد.
باتریهای نقره اکسید یک نوع باتری کم‌توان با ظرفیت بالا هستند که ویژگی‌های خاصی دارند. این باتریها شبیه به پیلهای جیوه‌ای هستند و نیرو محرکه الکتریکی (EMF) آن‌ها بیشتر از 1.5 ولت است. کاتد این باتریها از نقره اکسید تشکیل شده است و الکترولیت داخلی آن‌ها از پتاسیم یا سدیم هیدروکسید است. باتریهای نقره اکسید به دلیل ویژگی‌های خاص خود برای مصارف معدودی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این ویژگی‌ها عبارتند از:
از کاربردهای پیل نقره اکسید می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
باتری روی-هوا (Zinc Air) به مدت پنج دقیقه پس از باز شدن، به ولتاژهای عملکرد کامل می‌رسد. این باتریها از نوع باتریهای اولیه هستند، اما با طراحی قابل شارژ نیستند. از اکسیژن موجود در هوا به عنوان جرم فعال باتری برای تولید انرژی استفاده میکنند. در این باتری، کاتد از یک بدنه پرمنفذ تشکیل شده که از کربن ساخته شده و به هوا دسترسی دارد. ولتاژ خروجی این پیل حدود 1.65 ولت است.
در حین تخلیه باتری روی-هوا، توده‌ای از ذرات روی در آند پرمنفذی تشکیل می‌دهد که با الکترولیت اشباع شده است. اکسیژن موجود در هوا با یون‌های هیدروکسیل واکنش داده و منجر به تولید زینکات میشود. زینکات همچنین باعث تولید روی اکسید و آب میشود که به الکترولیت باز می‌گردد. این روند شیمیایی منجر به تولید انرژی الکتریکی میشود که به‌عنوان منبع تغذیه برای دستگاه‌ها و تجهیزات مختلف مورداستفاده قرار می‌گیرد.
باتریهای قابل شارژ به‌عنوان پیل ثانویه شناخته می‌شوند. این نوع باتریها قابلیت شارژ مجدد دارند و می‌توان آن‌ها را با وصل کردن به منبع شارژ، بارها و بارها مورد استفاده قرار داد. اگرچه هزینه اولیه باتریهای قابل شارژ ممکن است بیشتر از باتریهای یک بار مصرف باشد، اما مجموع هزینه مالکیت و اثر زیست محیطی این باتریها کمتر است؛ زیرا می‌توان قبل از نیاز به تعویض، آن‌ها را چندین بار به‌صورت ارزان مجدداً شارژ کرد. این ویژگی‌ها باعث میشود که باتریهای قابل شارژ به‌عنوان یک گزینه پایدارتر و محیطی‌تر موردتوجه قرار گیرند.
این باتریها در موارد زیر مورد استفاده قرار می‌گیرند:
باتریهای ثانویه یا قابل شارژ انواع مختلفی دارند که عبارتند از:
باتریهای سرب-اسید (Lead Acid) یکی از نمونه‌های خیلی رایج از باتریهای قابل شارژ هستند. این نوع باتریها معمولاً برای ذخیره انرژی خورشیدی و استفاده در سیستم‌های باتریهای خورشیدی مورد استفاده قرار می‌گیرند، زیرا کیفیت باتریهای سرب-اسید آن‌ها را از سایر باتریها متمایز می‌سازد. این باتریها جریان زیادی تولید میکنند و برای ذخیره انرژی الکتریکی به مدت طولانی مناسب هستند. همچنین، باتریهای سرب-اسید در اتومبیل‌ها به‌عنوان باتری اصلی استفاده می‌شوند. یکی از ویژگی‌های مثبت باتریهای سرب-اسید این است که هنگامی‌که باتری از کار می‌افتد، می‌توان آن را بازیافت کرد و سرب و اسید موجود در آن را به‌صورت مجدد مورد استفاده قرار داد. در واقع، حدود 93 درصد سرب موجود در باتریهای سرب-اسید برای بازیافت دوباره مورد استفاده قرار می‌گیرد تا باتریهای سرب-اسید جدید ساخته شوند که این امر به افزایش پایداری و کاهش تاثیرات منفی بر محیط زیست کمک می‌کند.
باتریهای لیتیومی به دلیل چگالی توان بالا و ظرفیت ذخیره انرژی مناسب، معمولاً در دستگاه‌های الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این باتریها توانایی ذخیره کمیت زیادی انرژی را در یک کیلوگرم از جرم خود دارند، به‌عبارت‌دیگر، نسبت به وزن خود، ظرفیت بالایی دارند. در فرآیند تخلیه باتریهای لیتیومی، یون‌های لیتیوم از الکترود منفی به سمت الکترود مثبت حرکت میکنند و در این فرآیند انرژی آزاد میشود. این انرژی سپس به‌وسیله دستگاه الکترونیکی که باتری را تغذیه می‌کند، به‌صورت الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. به‌عنوان یک نکته مهم، باید توجه داشت که داغ شدن یا آسیب‌دیدگی باتری لیتیومی می‌تواند منجر به مشکلات جدی شود و در برخی موارد حتی به آتش‌سوزی آن منتهی شود؛ بنابراین، برای استفاده ایمن از باتریهای لیتیومی، باید به توصیه‌های تولید کننده و دستورالعمل‌های مرتبط با نگهداری و استفاده از آن‌ها پایبند بمانید.
باتریهای میان‌فلزی به‌عنوان یک نوع باتری ثانویه شناخته می‌شوند. این نوع باتریها معمولاً طول عمر بلندی دارند و برای ذخیره انرژی و تأمین جریان الکتریکی با ظرفیت بالا استفاده می‌شوند. آن‌ها قادر به ذخیره کمیت زیادی انرژی در یک کیلوگرم از جرم خود هستند، به عبارت دیگر، چگالی توان بالایی دارند. یکی از ویژگی‌های بارز باتریهای میان‌فلزی، مقاومت به نسبت به تغییرات حرارتی است. این به معنای این است که این باتریها در شرایط دمایی متنوع به‌خوبی عمل میکنند و معمولاً به تغییرات حرارتی حساس نیستند. همچنین، خود-تخلیه باتریهای میان‌فلزی نسبت به سایر باتریها کمتر است، به این معنا که انرژی درونی آن‌ها به مرور زمان کاهش نمی‌یابد و می‌توانند برای مدت‌های طولانی بدون نیاز به شارژ مجدد نگهداری شوند. باتریهای میان‌فلزی در کاربردهای مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرند، از جمله در دستگاه‌های الکترونیکی، وسایل نقلیه برقی، ذخیره‌سازی انرژی خورشیدی و غیره
باتریهای نیکل-کادمیوم (Ni Cd) یک نوع باتری قابل شارژ هستند و از نیکل اکسید هیدروکسید به عنوان الکترود مثبت و کادمیوم فلزی به عنوان الکترود منفی استفاده میکنند. این باتریها از اصول شیمیایی خاصی برای ذخیره و تخلیه انرژی استفاده میکنند. یکی از مشکلات باتریهای نیکل-کادمیوم، به عنوان اشاره شما، از پدیده حافظه باتری می‌باشد. این به معنای این است که اگر باتری به‌طور مکرر در حالاتی که تخلیه نسبتاً کمی داشته باشد و دوباره شارژ شود، ممکن است نقطه شارژ مجدد باتری در حالت‌های کم تخلیه در حافظه باتری نگه داشته شود. این امر می‌تواند به کاهش ظرفیت کارکردی باتری در طولانی مدت و افت ولتاژ باتری در زمان تخلیه منجر شود. برای مقابله با این مسأله، معمولاً تخلیه کامل باتری و سپس شارژ کامل آن، به‌منظور پاکسازی حافظه باتری، انجام میشود. همچنین، از باتریهای نیکل-کادمیوم با طراحی بهبودیافته به نام باتریهای نیکل-فلز-هیدرید (NiMH) استفاده میشود که از حافظه باتری کمتری رنج می‌برند و ظرفیت و طول عمر بالاتری دارند.
باتریها دارای مزایا و معایب مختلفی هستند و استفاده از آن‌ها بسته به نیاز و موقعیت معینی می‌تواند مناسب یا غیرعملی به نظر بیاید. در زیر به مزایا و معایبی که به شکل اجمالی برای باتریها نام بردیده اند، اشاره میشود:
در انتخاب باتری مناسب برای وسایل یا سیستم‌های مختلف، ویژگی‌ها و نیازهای خاص هر مورد بسیار مهم هستند. این نکاتی که در انتخاب باتری می‌تواند موثر باشند، عبارتند از:
با در نظر گرفتن این نکات و نیازهای خاص هر پروژه یا وسیله، می‌توانید باتری مناسبی انتخاب کنید تا عملکرد بهتری داشته باشد و از آسیب دیدن وسیله چلوگیری کند.
سایر مواردی که باید هنگام خرید باتری به آن‌ها توجه کرد، عبارتند از:
باتریهای لیتیوم – یون و لیتیوم – پلیمر واقعاً توسعه و بهره‌برداری وسایل نقلیه الکتریکی را تحت الشعاع قرار داده‌اند. این باتریها به‌عنوان یکی از تکنولوژی‌های پیشرو در زمینه ذخیره‌سازی انرژی پیشرو است.
همراه ما باشید!
با ثبت ایمیل، از جدید‌ترین تخفیف‌ها با‌خبر شوید
فروشگاه اینترنتی کیان سما، شروع یک تفاوت . . .
کلیه حقوق مادی و معنوی برای این سایت محفوظ می باشد و هرگونه کپی برداری شامل پیگرد قانونی می باشد.
