باتری (Battery) یک دستگاه الکتروشیمیایی است که انرژی شیمیایی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. باتری ها از یک یا چند سلول تشکیل شده اند که هر سلول از دو الکترود و یک الکترولیت تشکیل شده است.
الکترودهای مثبت و منفی با یک سیم عایق به هم متصل می شوند. الکترولیت یک مایع یا جامد است که یون های مثبت و منفی را حمل می کند.
هنگامی که باتری به یک مدار الکتریکی متصل می شود، یون های مثبت از طریق الکترولیت به سمت الکترود منفی حرکت می کنند. این حرکت یون ها یک جریان الکتریکی ایجاد می کند.
باتری ها به دو دسته اصلی تقسیم می شوند: باتری های اولیه و باتری های ثانویه. باتری های اولیه یکبار مصرف هستند و نمی توان آنها را شارژ کرد. باتری های ثانویه قابل شارژ هستند و می توان آنها را برای استفاده های بعدی شارژ کرد.
انواع مختلفی از باتری ها وجود دارد که برای کاربردهای مختلف استفاده می شوند. به گفته رستگار صنعت برخی از انواع رایج باتری ها عبارتند از:
- روی-کربن
- قلیایی
- نیکل-کادمیوم
- نیکل-هیدروژن
- لیتیوم-یون
باتری ها نقش مهمی در زندگی مدرن ایفا می کنند. آنها در طیف گسترده ای از دستگاه ها از جمله تلفن های همراه، رایانه ها، ماشین ها و وسایل نقلیه برقی استفاده می شوند.
باتری های قلیایی
باتری های قلیایی یک نوع باتری اولیه هستند که از الکترولیت قلیایی استفاده می کنند. الکترولیت قلیایی یک مایع یا ژل است که حاوی پتاسیم هیدروکسید یا سدیم هیدروکسید است.
باتری های قلیایی از دو الکترود تشکیل شده اند: یک الکترود روی و یک الکترود دی اکسید منگنز. الکترود روی در قسمت پایینی باتری قرار دارد و الکترود دی اکسید منگنز در قسمت بالایی باتری قرار دارد. الکترولیت قلیایی بین این دو الکترود قرار دارد.
هنگامی که باتری به یک مدار الکتریکی متصل می شود، الکترون ها از الکترود روی به الکترود دی اکسید منگنز جریان می یابند. این حرکت الکترون ها یک جریان الکتریکی ایجاد می کند.
باتری های قلیایی نسبت به باتری های روی-کربن معمولی ظرفیت بیشتری دارند و می توانند جریان بیشتری را تحویل دهند. آنها همچنین در دماهای سرد عملکرد بهتری نسبت به باتری های روی-کربن دارند.
طبق تحقیقات رستگار صنعت باتری های قلیایی در طیف گسترده ای از دستگاه ها استفاده می شوند، از جمله:
- چراغ قوه
- کنترل از راه دور
- اسباب بازی ها
- ساعت ها
- رایانه ها
- تلفن های همراه
باتری های قلیایی یکبار مصرف هستند و نمی توان آنها را شارژ کرد. هنگامی که باتری قلیایی تخلیه می شود، باید دور انداخته شود.
باتری های لیتیوم-یون
باتری های لیتیوم-یون یک نوع باتری قابل شارژ هستند که از یون های لیتیوم برای انتقال بار الکتریکی استفاده می کنند. آنها یکی از رایج ترین انواع باتری های قابل شارژ هستند و در طیف گسترده ای از دستگاه ها استفاده می شوند، از جمله:
- تلفن های همراه
- رایانه های لوحی
- لپ تاپ ها
- دوربین های دیجیتال
- وسایل نقلیه برقی
باتری های لیتیوم-یون نسبت به سایر انواع باتری های قابل شارژ ظرفیت بیشتری دارند، وزن کمتری دارند و می توانند جریان بیشتری را تحویل دهند. آنها همچنین عمر طولانی تری نسبت به سایر انواع باتری های قابل شارژ دارند.
باتری های لیتیوم-یون از دو الکترود تشکیل شده اند: یک الکترود منفی از لیتیوم فلزی و یک الکترود مثبت از یک ماده اکسید کننده، مانند دی اکسید منگنز. الکترودها در یک الکترولیت مایع قرار دارند که حاوی یک حلال آلی و یک نمک لیتیوم است.
هنگامی که باتری به یک مدار الکتریکی متصل می شود، یون های لیتیوم از الکترود منفی به سمت الکترود مثبت حرکت می کنند. این حرکت یون های لیتیوم یک جریان الکتریکی ایجاد می کند.
هنگامی که باتری شارژ می شود، این فرآیند به صورت معکوس انجام می شود. یون های لیتیوم از الکترود مثبت به سمت الکترود منفی حرکت می کنند و انرژی الکتریکی را ذخیره می کنند.
باتری های لیتیوم-یون دارای مزایای متعددی نسبت به سایر انواع باتری های قابل شارژ هستند، از جمله:
- ظرفیت بیشتر
- وزن کمتر
- جریان بیشتر
- عمر طولانی تر
با این حال، از قول رستگار صنعت باتری های لیتیوم-یون نیز دارای برخی معایب هستند، از جمله:
- قیمت بالاتر
- حساسیت به دما
- احتمال آتش سوزی یا انفجار در صورت استفاده نادرست
باتری های لیتیوم-یون در حال حاضر در حال توسعه هستند و محققان در حال کار بر روی راه هایی برای بهبود عملکرد و ایمنی آنها هستند.
باتری های نیکل-هیدروژن
باتری های نیکل-هیدروژن یک نوع باتری قابل شارژ هستند که از فلز نیکل و گاز هیدروژن در یک مخزن تحت فشار استفاده می کنند. آنها برای کاربردهایی مانند وسایل نقلیه فضایی، زیردریایی ها و وسایل نقلیه برقی استفاده می شوند.
باتری های نیکل-هیدروژن از دو الکترود تشکیل شده اند: یک الکترود منفی از نیکل و یک الکترود مثبت از یک ماده اکسید کننده، مانند هیدروکسید نیکل. الکترودها در یک الکترولیت مایع قرار دارند که حاوی یک حلال آلی و یک نمک نیکل است.
هنگامی که باتری به یک مدار الکتریکی متصل می شود، الکترون ها از الکترود نیکل به سمت الکترود مثبت حرکت می کنند. این حرکت الکترون ها یک جریان الکتریکی ایجاد می کند.
هیدروژن در یک مخزن تحت فشار قرار دارد. هنگامی که باتری تخلیه می شود، هیدروژن از طریق یک کاتالیزور به نیکل در الکترود منفی تبدیل می شود. هنگامی که باتری شارژ می شود، این فرآیند به صورت معکوس انجام می شود.
مزایا و معایب
باتری های نیکل-هیدروژن دارای مزایای متعددی نسبت به سایر انواع باتری های قابل شارژ هستند، از جمله:
- چگالی انرژی بالا
- عمر طولانی
- مقاومت در برابر دماهای بالا
- عدم وجود اثر حافظه
با این حال، رستگار صنعت می گوید باتری های نیکل-هیدروژن نیز دارای برخی معایب هستند، از جمله:
- وزن زیاد
- قیمت بالا
- خطر آتش سوزی یا انفجار در صورت استفاده نادرست
باتری های نیکل-هیدروژن در حال حاضر در حال توسعه هستند و محققان در حال کار بر روی راه هایی برای بهبود عملکرد و ایمنی آنها هستند.