باتری

چند نوع باتری

منبع توان الکتروشیمیایی یا باتری یا انباره 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 برپایه واکنش شیمیایی درون آن شناسایی می‌کنند. آنچه که در انباره برای تبدیل دو گونه انرژی رخ می‌دهد، برآیند داد و ستد الکتریسیته شارژشده بین یون‌ها است که در دو الکترود جداگانه بدست می آید. بدین گونه که یک الکترود یون آزاد کرده و الکترود دیگر الکترون می گیرد و این گونه چرخه بسته جریانی به وجود می‌آید. بدین گونه هر سلول الکترو شیمیایی را می‌توان تشکیل یافته از سه عنصر(ریزه) به شمار آورد: الکترودهای مثبت (آند) و منفی (کاتد) و الکترولیت.

اگر بندهای الکتروشیمیایی به صورت پشتاپشت (سری) به یکدیگر وصل شوند، انباره ساخته شده دارای سطح ولتاژ بیشتری نسبت به بندها است و اگر که سلول‌ها به صورت موازی به یکدیگر وصل شوند، زمان کارکرد بیشتر خواهیم داشت.

ساختمان باتری

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

شارژ باتری

در باتری فرسوده نوعی ایستایی درونی به قدری بالا است که با گذر جریان، ولتاژ دو سر باتری زود افت می‌کند و باتری توانایی تامین انرژی الکتریکی مفید را ندارد. در برخی باتری‌ها با گذراندن جریانی در سوی وارونه جریان، به هنگامی که باتری کار همیشگی اش را انجام می‌دهد، می‌توان باتری را دوباره باردار یا شارژ کرد. در فرایند شارژ باتری انرژی پتانسیل در آن انباشته می‌شود البته شمار بارهای شارژ باتری به خاطر برگشت ناپذیری فرایندهای تبدیل انرژی، محدود است.^{[نیازمند منبع]}

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 انباره 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 فراهم می کند، برابر حاصل‌ضرب نیروی جنباننده الکتریکی (بر حسب ولت) در شدت جریان الکتریکی باتری I (برحسب آمپر) می‌باشد. در کاربردهایی با توان بالااز جمله راه اندازه چرخانه(موتور) خودرو، میزان توان‌های تامین شده در فواصل زمانی کوتاه به بیش از ۱۰۰۰ وات می‌رسد. در کاربرد کم توان در وسایل الکترونیکی نازک(ظریف)، مانندسمعک‌ها و ساعت‌های رایانه ای، اندازه توان‌های فراهم شده نزدیک 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 زیستگاهی

افزایش بهره گیری از باتری‌ها و کاربردهای گسترده آن افزایش زباله‌های صنعتی و دشواری های زیستگاهی تازه این کالا را به همراه داشته است. آفرینندگان باتری از مواد شیمیایی هراس ناک برای پیدایش کارایی بهتر باتری‌های ساخته شده خود سود می جویند. پسمان های انباره مایه بالا رفتن آلودگی زیستگاهی به زهرهای کشنده 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 باتری پارتی 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 پرونده‌هایی دربارهٔ باتری موجود است.

پیوند به بیرون

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