باتری

چند نوع باتری

منبع توان الکتروشیمیایی یا باتری وسیله‌ای است که انرژی آزادشده از واکنش شیمیایی را مستقیماً به الکتریسیته تبدیل می‌کند. باتری از مجموع چند سلول الکتروشیمیایی تشکیل شده است که اساساً عملکرد این سلول‌ها بر تبدیل انرژی شیمیایی به الکتریسیته و بالعکس است. انرژی قابل دریافت در قطب‌های باتری به ازای واحد بار الکتریکی را نیروی محرکه الکتریکی (Electromotive force یا emf) باتری می‌گویند و آن را با یکای ولت اندازه گیری می‌کنند. قطب مثبت باتری آند و قطب منفی آن کاتد نام دارد.

مفاهیم اولیه باتری

هر باتری را بر اساس واکنش شیمیایی درون آن تعریف می‌کنند. آنچه که در باتری برای تبدیل دو صورت انرژی رخ می‌دهد، حاصل تبادل الکتریسیته شارژشده بین یون‌ها است که در دو الکترود جداگانه حاصل می‌شود. بدین صورت که یک الکترود یون آزاد کرده و الکترود دیگر الکترون جذب می‌کند و این گونه مسیر بسته جریانی به وجود می‌آید. بدین گونه هر سلول الکترو شیمیایی را می‌توان تشکیل یافته از سه عنصر به حساب آورد: الکترودهای مثبت (آند) و منفی (کاتد) و الکترولیت.

در صورتی که سلول‌های الکتروشیمیایی به صورت سری به یکدیگر وصل شوند، باتری حاصل شده دارای سطح ولتاژ بیشتری نسبت به سلول‌هاست و در صورتی که سلول‌ها به صورت موازی به یکدیگر وصل شوند، توان بیشتر خواهیم داشت.

ساختمان باتری

هر باتری یک مقاومت داخلی (r) دارد. اختلاف پتانسیل بین قطب‌های باتری (v)، زمانی که جریان I از آن می‌گذرد، برابر V=E_emf - I_r می‌باشد. فرایند تبدیل انرژی در باتری با گذشت زمان افزایش مقاومت الکتریکی داخلی یا کاهش انرژی پتانسیل اولیه همراه است. مقدار مقاومت داخلی به نوع باتری و طرز ساختش وابسته‌است.

شارژ باتری

در باتری فرسوده نوعی مقاومت داخلی به قدری زیاد است که با عبور جریان، ولتاژ دو سر باتری به سرعت افت می‌کند و باتری قابلیت تامین انرژی الکتریکی مفید را ندارد. در برخی باتری‌ها با گذراندن جریانی در جهت مخالف جریان، به هنگامی که باتری کار عادی‌اش را انجام می‌دهد، می‌توان باتری را دوباره باردار یا شارژ کرد. در فرایند شارژ باتری انرژی پتانسیل در آن ذخیره می‌شود البته تعداد دفعات شارژ باتری به خاطر برگشت ناپذیری فرایندهای تبدیل انرژی، محدود است.

فرایندهای تبدیل انرژی در باتری

در باتری خشک معمولی، بر اثر واکنش ماده آند (قطب مثبت) و ماده کاتد (قطب منفی) با الکترولیتی که محیط بین آند و کاتد را تشکیل می‌دهد، انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود. در باتری خورشیدی، انرژی الکترومغناطیسی نور تابیده شده به سلول‌های خورشیدی، با جداسازی‌های مثبت و منفی درون باتری، به شکل انرژی الکتریکی در می‌آید.

توان الکتریکی باتری

توانی که هر باتری بر حسب وات تامین می‌کند، برابر حاصل‌ضرب نیروی محرکه الکتریکی (بر حسب ولت) در شدت جریان الکتریکی باتری I (برحسب آمپر) می‌باشد. در کاربردهایی با توان زیاد از جمله استارت زنی اتومبیل موتور اتومبیل، میزان توان‌های تامین شده در فواصل زمانی کوتاه به بیش از ۱۰۰۰ وات می‌رسد. در کاربرد کم توان در وسایل الکترونیکی ظریف، مانندسمعک‌ها و ساعت‌های کامپیوتری، میزان توان‌های تامین شده در حدود چند میلی وات است.

خطرات و نقایص باتری

خطرات و نقایص مربوط به باتری عبارتند از:

• انفجار
• نشتی
• ملاحظات زیست محیطی

انفجار

پدیده انفجار باتری عموماً ناشی از عدم کاربرد یا کارکرد صحیح باتری است. به عنوان مثال تلاش برای شارژ نمودن مجدد باتری‌های یک بار مصرف یا غیر قابل شارژ، اتصال کوتاه نمودن دو قطب مثبت و منفی باطری می تواند باعث انفجار این منبع انرژی الکتریکی شود.

نشتی

در بعضی از باتری‌ها از مقوا، فلز روی و مواد شیمیایی استفاده می شود. واکنش شیمیایی درون باتری در مدت زمان طولانی، باعث خروج و نشت مواد شیمیایی داخل باتری به بیرون شده و ایجاد خوردگی شیمیایی در قطعات فلزی دستگاه‌ها که اطراف باتری قرار دارند می نماید.

ملاحظات زیست محیطی

افزایش استفاده از باتری‌ها و کاربردهای وسیع آن باعث افزایش زباله‌های صنعتی و مشکلات زیست محیطی جدید این محصول شده است. تولید کنندگان باتری از مواد شیمیایی خطر ناک برای ایجاد کارایی بهتر باتری‌های تولیدی خود استفاده می کنند. زباله‌های باطری باعث بالا رفتن آلودگی محیط زیست به سموم مهلک فلزی باتری‌ها شده است .

باتری‌های امروزی

امروزه باتری‌هایی می‌توان ساخت که به طور متوسط در کاربردها پنج سال عمر مفید دارند. باتری‌ها در بهره گیری از وسایل الکترونیکی نقش مهمی ایفا می‌کنند. البته با بهبود بخشیدن تکنولوژی باتری‌ها منابع انرژی قابل حملی برای هر معرفی، از دستگاه‌های استریوی دستی تا اتومبیل‌های برقی، در اختیار داشته باشیم.

انواع باتری‌های امروزی عبارت است از:

۱- باتری‌های نیروگاهی (GROE-OGI-OPZS-FNC)

۲- باتری‌های آنتن‌های مخابراتی باتری‌های مخابراتی NET Power-power

۳-باتری‌های مورد استفاده در سامانه‌های ریلی و مترو

۴-باتری‌های مورد استفاده در پروژه‌های نفت، گاز و پتروشیمی (FNC)

۵-باتری‌های خورشیدی (Solar.bloc)

۶-باتری‌های مورد استفاده در ups

۷- باتری‌های منابع تغذیه (SLA - VRLA)

۸-باتری‌های اتومبیل، لیفتراک و موتورسیکلت

۹-باتری‌های سامانه‌های حفاظتی، روشنایی، امنیتی و سامانه‌های کنترل 10- باتري روي - هوا

باتری تیسفون (باتری بغداد)

در سال ۱۳۳۰ خورشیدی، باستان شناس آلمانی ویلهلم کونیک و همکارانش ابزارهایی را در نزدیکی تیسفون پایتخت ایران در دوران اشکانیان یافتند. پس از بررسی معلوم شد که این ابزارها پیل‌های الکتریکی هستند که در دوره تاريخی ایران اشکانی ساخته شده و به کار برده می‌شده‌اند. او این پیل‌های تیسفون را Baghdad Battery ناميد که امروزه با نامهای ديگر همچون باتری پارتیان و يا پیل اشکانی هم مشهورند.

این اکتشاف مربوط به دوره تاريخی سلسله اشکانيان، تاحدی موجب شگفتی است. حتی برخی از دانشمندان اروپایی و امریکایی این باتری را به موجودات فضایی افسانه ای و احتمالاً ساکنان فراهوشمند سیارات دیگر که تصور می شود با بشقاب‌های پرنده و کشتی‌های فضایی به زمین آمده‌ بودند، نسبت دادند، و آن را فراتر از دانش اندیشمندان و پژوهشگران آن دوران دانستند. برای ایشان پذیرفتنی نبود که دانش ایرانیان در ۱۵۰۰ سال پیش از گالوای ایتالیایی(۱۷۸۶ میلادی) که پیل الکتریکی را اختراع نمود تا به این حد بالا باشد.

به احتمال زياد، ساکنان بين النهرين از این پیل‌های الکتریکی جریان برق تولید می‌کردند و از آن برای آبکاری اشیا زینتی سود می‌جستند. اما در پهنه دریانوردی منطقه خاورميانه از این اختراع جهت آبکاری ابزارهای آهنی در کشتی و جلوگیری از زنگ زدن و تخریب آنها استفاده می‌کردند.

منابع

در ویکی‌انبار منابعی در رابطه با باتری موجود است.

پیوند به بیرون

• «Battery Knowledge Tips & FAQ» ‎(انگلیسی)‎. بازبینی‌شده در 5 مهر 1390.