اگر می خواهید به زبان ساده بدانید باتری چیست، از چه موادی ساخته شده است و کارکرد آن چگونه است، در این مقاله با ما همراه باشید.
باتری یا پیل الکتریکی منبعی از انرژی پتانسیل الکتریکی است که با انجام یک سری واکنش شیمیائی در درون خود انرژی شیمیائی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند و این انرژی الکتریکی را می توان در دو سر باتری (قطب های باتری) دریافت نمود و واحد اندازه گیری این انرژی ولت می باشد. از منظر فیزیک جریان و حرکت الکترون ها قطب مثبت باتری را کاتد و قطب منفی آن را آند می نامند.
بطور معمول هر باتری از یک یا چند سلول کوچک داخلی تشکیل شده است و بنابر نیاز طراحی و مصرف می توان برای افزایش آمپراژ (شدت جریان) سلول ها را بصورت موازی و برای افزایش ولتاژ سلول ها را بصورت سری به یکدیگر متصل نمود. هر سلول خودش شامل دو نیم سلول است که توسط ماده ای به نام الکترولیت (شامل یون های مثبت و منفی) که رسانای الکتریکی می باشد به یکدیگر متصل می شوند.
اجزای تشکیل دهنده باتری چیست ؟
بصورت کلی و طرح ساده و اولیه اجزای تشکیل دهنده یک باتری به شرح زیر می باشد :
- آند (قطب منفی) : الکترون‌ها در یک مدار متصل، از آند خارج می‌شوند.
- کاتد (قطب مثبت) : الکترون‌ها در یک مدار متصل، به کاتد وارد می‌شوند.
- الکترولیت : ماده ای بصورت مایع یا ژل است که قابلیت انتقال یون ها بین واکنش های رخ داده بین آند و کاتد را دارد و نیز از جریان حرکت الکترون بین آند و کاتد نیز جلوگیری می کند و این کار باعث می شود که الکترون ها در مدار متصل خارجی راحت تر جریان داشته باشند و از اتصال کوتاه داخلی در باتری جلوگیری شود. (الکترولیت توانائی جابجائی یون ها را دارد ولی از انتقال و جریان الکترونی جلوگیری می کند.)
- صفحات جداکننده : چون معمولا الکترولیت برای جلوگیری از اتصال داخلی بین آند و کاتد کفایت نمی کند از صفحات جدا کننده هم در باتری استفاده می شود . جنس این صفحات جداکننده معمولا از مواد مختلفی مانند پنبه ، نایلون ، پلی استر ، مقوا و لایه های پلیمرمصنوعی می باشد و این صفحات با هیچ کدام از اجزای آند، کاتد و الکترولیت واکنش نمی دهد.
- پوسته : برای نگهداری تمام این اجزا در کنار یکدیگر بصورت یک مجموعه واحد نیز به یک پوسته نگهدارنده می باشد که معمولا از جنس های مختلفی همچون پلاستیک ، فولاد و مواد نرم پلیمری برای ساخت آن استفاده می شود.
باتری چگونه کار می کند ؟
در این قسمت به زبانی ساده به شما می گوئیم که باتری چگونه کار می کند.
در باتری واکنش شیمیائی بین آند و الکترولیت باعث اجتماع الکترون ها در قطب منفی (آند) می شود و در آنسو واکنشی که بین کاتد و الکترولیت صورت می گیرد باعث کاهش و کمبود الکترون در قطب مثبت (کاتد) گردیده و طبیعتا قطب مثبت تمایل به جذب الکترون و قطب منفی تمایل به ارسال الکترون دارد ولی همانطور که قبلا توضیح دادیم صفحات جداکننده و نیز الکترولیت مانع جریان داخلی الکترون می باشند و بنابراین تنها راه حرکت الکترون ها از طریق مدار خارجی می باشد که به باتری متصل گردیده است .
با اتصال یک مدار به باتری، الکترون ها از طریق مدار از قطب منفی (آند) به سمت قطب مثبت (کاتد) حرکت می کنند. با عبور دادن الکترون به اجزای الکتریکی مختلف در مدار کارهای مفید بسیاری انجام می پذیرد.
این چرخه و حرکت ادامه پیدا می کند تا جایی که مواد شیمیائی داخل باتری دیگر تمایلی به واکنش ندارد و در نتیجه الکترونی هم تولید نخواهد شد و در این مرحله اصطلاحا می گوئیم که باتری تمام شده است.
تقسیم بندی باتری ها چگونه صورت می گیرد؟
بطورکلی باتری ها به دو دسته غیر قابل شارژ (باتری های اولیه) و قابل شارژ (باتری های ثانویه) تقسیم می گردند.
باتری های شارژ شدنی این روزها در اکثر صنایع و تجهیزات استفاده می شوند و بنابر نوع استفاده آنها می شود به دسته های زیر اشاره کرد :
- باتری‌های نیروگاهی (GROE-OGI-OPZS-FNC)
- باتری‌های آنتن‌های مخابراتی باتری‌های مخابراتی NET Power-power
- باتری‌های مورد استفاده در سامانه‌های ریلی و مترو
- باتری‌های مورد استفاده در پروژه‌های نفت، گاز و پتروشیمی (FNC)
- باتری‌های خورشیدی (Solar.bloc)
- باتری‌های مورد استفاده در ups
- باتری‌های منابع تغذیه (SLA – VRLA)
- باتری‌های اتومبیل، لیفتراک و موتورسیکلت
- باتری‌های سامانه‌های حفاظتی، روشنایی، امنیتی و سامانه‌های کنترل
این باتری ها با عبور جریان در جهت مخالف جریان دشارژ، به صورت الکتریکی قابل شارژ می‌باشند و با نام باتری های ذخیره یا باتری شارژی نیز شناخته می‌شوند، عمر این باتری بیشتر از 3 سال است و بارها می‌توان آنها را شارژ و دشارژ کرد.
بدلیل صرفه اقتصادی بالا در این باتری ها و همینطور بدلیل آلودگی بسیار کم محیط زیست بدلیل اینکه بارها از این باتری ها استفاده می شود کاربردهای بسیاری دارند. باتری های قابل شارژ نیز بنوبه خودشان به دو دسته کلی اسیدی و بازی تقسیم می شوند.
تقسیم بندی انواع باتری ها بر اساس مواد تشکیل دهنده و نوع مصرف :
- باتری های خشک یا آلکالاین (ALKALINE) : این باتری ها از دسته باتری های غیر قابل شارژ هستند و می توان در این دسته به باتری قلمی اشاره کرد. این باتری ها برای مدارهایی که جریانی کمی مصرف دارند کاملا مناسب است. قطب مثبت در باتری های خشک یک میله گرافیتی در مرکز باتری و قطب منفی یک لایه از فلز روی در اطراف باتری می باشد. تا زمانیکه فلز روی یا همان قطب منفی در باتری خورده نشده باشد می توان از باتری جریان کشید و استفاده کرد.
- باتری Ni-Cd (نیکل کادمیوم) : از باتری های قابل شارژ می باشد که در اشکال و ولتاژهای مختلف ساخته می شوند و در وسایلی که دائما در حال استفاده هستند مصرف می شود. جریان دهی این باتری ها با میلی آمپر ساعت (mAh) نمایش داده می شود.
- باتری نیکل متال هیبرید (Ni-MH) : این باتری همانند نیکل کادمیوم می باشد فقط با این تفاوت که جریان دهی بیشتری نسبت به باتری های نیکل کادمیوم دارند.
- باتری لیتیوم (Li) : از دسته باتری های قلیایی است که در دو نوع غیر قابل شارژ (با طول عمر بالا مانند باتری های ساعت و ماشین حساب) و قابل شارژ تولید می شود. نوع غیر قابل شارژ بر روی باتری فقط Li درج شده ولی در نوع قابل شارژ دو دسته داریم به نام های لیتیوم یون (Li-ion) و نوع پلیمر لیتیوم یون (Li-ion-polymer) . تفاوت این دو نوع باتری بیشتر در ضخامت (ضخامت میلی متری) و سبکی مدل پلیمری می باشد که همین امر سبب می شود تولید آن ها گران قیمت تمام شود و نیز چگالی انرژی پایین تری نسبت به لیتیوم یون دارند.
- باتری های اسیدی : این باتری ها از دسته باتری های قابل شارژ می باشند و از صفحات فلزی و اکسید فلزی و اسید های ضعیف و آب تشکیل شده اند و باتری ماشین و موتور از این دست باتری ها می باشند.
