باتری چیست؟ مخترع باطری کیست؟ کاربردهای انواع باتری

باتری وسیله‌ای الکترونیکی است، که برای ذخیره انرژی شیمیایی و تبدیل آن به انرژی الکتریکی مورد نیاز است. از این وسیله در دستگاه‌های الکترونیکی، به عنوان منبع انرژی استفاده می‌شود.در ایرانیجو به طور مفصل درباره باطری ها، موارد استفاده آنها و انواع باتری توضیح می‌دهیم.

شما نمی‌توانید دنیا را بدون باتری تصور کنید، زیرا همه دستگاه‌های قابل حملی که به آن وابسته هستیم، بسیار محدود خواهند شد. بدون باطری ما فقط می‌توانیم لپ‌تاپ‌ها و تلفن‌هایمان را تا جایی ببریم، که کابل‌های آن‌ها در دسترس هست.

چگونگی اختراع باتری

آیا شما می‌دانید که باطری برای اولین بار در کجا و توسط چه کسی ساخته شد؟ الساندرو ولتا دانشمند ایتالیایی، اولین باتری الکتریکی را در سال 1800 اختراع کرد. نوآوری ولتا نقطه مهمی در توسعه فناوری‌هایی بود، که امروزه استفاده می‌کنیم.

 ولت واحد استاندارد پتانسیل الکتریکی است، که به نام ولتا نامگذاری شده است. ولتا باطری های اختراعی را، با ایجاد شوک الکتریکی جزئی به خود آزمایش کرد.

این شخص باطری را در حالی اختراع کرد، که در حال تلاش برای درک کردن کار لوئیجی گالوانی بود. گالوانی معتقد بود که قورباغه منبع انرژی است و از یک ابزار فلزی برای ساختن پاهای قورباغه استفاده می کرد.

نحوه عملکرد باطری چگونه است؟

همانطور که گفته شد باتری وسیله ای است که انرژی شیمیایی را ذخیره کرده و آن را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. حال پس از درک چیستی باطری، اجازه بدهید به نحوه عملکرد آن بپردازیم.

ذخیره انرژی در باتری و تبدیل آن از شکلی به شکل دیگر الکتروشیمی نامیده می شود. باطری ممکن است فقط از یک سلول و یا چند سلول الکتروشیمیایی تشکیل شود. هر سلول الکتروشیمیایی دارای دو الکترود است، که توسط یک الکترولیت از هم جدا می شوند.

 واکنش شیمیایی که در داخل سلول انجام می شود، الکترون هایی را در یک الکترود تولید می کند. سپس این الکترون ها شروع به حرکت کرده و الکتریسیته تولید می کنند. در داخل باتری، یک واکنش شیمیایی رخ می دهد و الکترون ها از یک الکترود به الکترود دیگر برای تشکیل یک مدار الکتریکی جریان می یابند.

کاربردهای باتری

باطری از یک یا چند سلول الکتروشیمیایی تشکیل شده است، که انرژی شیمیایی ذخیره شده را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. از زمان اختراع باتری توسط الساندرو ولتا تا به امروز، کاربرد و استفاده از این سلول های قدرت به طور پیوسته افزایش یافته است.

 از این وسیله معمولاً برای تامین انرژی دستگاه های الکتریکی کوچک، مانند تلفن همراه، کنترل از راه دور و چراغ قوه استفاده می شود. باتری ها همچنین در لوازم خانگی، تجهیزات پزشکی، ساخت و ساز، وسایل نقلیه، عملیات نظامی و خدمات اضطراری مانند آتش نشانی مورد استفاده قرار می گیرند.

برخی از اصطلاحات رایج مربوط به باطری

اصطلاحات زیادی وجود دارد که در زمان صحبت از باتری ها، از آن ها استفاده می کنیم. در ادامه راجع به تمامی اصطلاحات فنی مرتبط با باطریها، شرح مفصلی ارائه شده است.

1. ظرفیت توان:  انرژی است که در باتری ذخیره می شود و بر حسب وات ساعت اندازه گیری می شود.

2. ظرفیت توان حداکثر: مقدار جریانی است که باطری قادر به ارائه آن است که به آن رتبه C نیز می گویند.

3. ولتاژ اسمی: از آنجایی که ولتاژ باتری ثابت می ماند و متغیر نیست، به عنوان ولتاژ اسمی، یعنی ولتاژ ثابت شناخته می شود.

4. جریان شارژ: حداکثر جریانی است که می توان برای شارژ به باطری اعمال کرد.

5. ولتاژ شارژ: مقدار ولتاژی است که باید به باتری اعمال شود تا به طور موثر شارژ شود.

6. جریان تخلیه: حداکثر مقدار جریانی است که می توان از باطری خارج کرد و به بار تحویل داد. اگر جریان تخلیه شده از این مقدار بیشتر شود، سبب گرم شدن باتری و تخلیه شدن آن خواهد شد. حتی ممکن است که باطری منفجر شود.

7. عمر مفید: این اصطلاحی است که برای باتری های غیر قابل شارژ وجود دارد، چرا که آنها فقط برای یک بار قابل استفاده هستند. باطری های قابل شارژ بعد از تمام شدن عمر مفید، همچنان قابل شارژ هستند.

8. ولتاژ قطع: به ولتاژی گفته می شود که، باطری در آن کاملاً دشارژ شده است. اگر بخواهیم باتری را بعد از آن ولتاژ تخلیه کنیم، ممکن است آسیب ببیند. به عنوان مثال اگر تلفن همراه شما به ولتاژ قطع برسد، خود به خود خاموش می شود.

9. چرخه عمر باتری: این اصطلاح در مورد باطری های قابل شارژ بکار برده می شود. بعد از هربار شارژ کامل باتری و دشارژ شدن آن تا 80 درصد، یک چرخه کامل از عمر آن به پایان می رسد.

چرخه عمر باتری

تعداد چرخه هایی که یک باطری کامل می کند، به عنوان عمر چرخه تعریف می شود. اگر عمر چرخه بیشتر باشد، باتری کیفیت بهتری دارد. بعد از تمام شدن چرخه عمر باطریها، ظرفیت شارژ آن ها کاهش پیدا کرده و سریعتر خالی می شود.

بنابراین در فواصل زمانی کوتاه نیاز به شارژ مجدد خواهد داشت. در صورتی که شما از یک شارژ مناسب استفاده کرده و با روش صحیح شارژ باطری آشنا باشید، چرخه عمر باتری شما افزایش پیدا خواهد کرد. برای افزایش طول عمر باطری بهتر است که قبل از رسیدن به 20 درصد، دوباره آن را شارژ کامل کنید. 

انواع باتری‌ها

باطری ها برای ذخیره انرژی الکتریکی ساخته شدند و با جریان الکتریکی شارژ می شود. این وسیله در شکل ها و اندازه های مختلف، برای برآوردن نیازهای بشر وجود دارد.  از باتری های مورد استفاده در ساعتهای مچی و سمک ها گرفته، تا باتری های به عرض چند متر که در نیروگاه های خورشیدی استفاده می شوند.

به طور کلی، باطریها با توجه به نوع سلول های الکتروشیمیایی که از آنها ساخته شده اند، به دو دسته باتری های اولیه یا ثانویه طبقه بندی می شوند.

باتری‌های اولیه

باطریهای اولیه که به عنوان باتری های غیر قابل شارژ نیز شناخته می شوند، باطریهایی هستند، که فقط یک بار قابل استفاده هستند. این باتری ها قابلیت شارژ و استفاده مجدد را ندارند، به دلیل اینکه واکنش های شیمیایی در سلول های الکتروشیمیایی آن ها قابل برگشت نیستند. موادی که برای تولید انرژی الکتریکی با هم واکنش نشان می دهند، نمی توانند به حالت اولیه و قبل از واکنش خود برگردند.

باتری‌های قلیایی و سکه‌ای، نمونه‌های رایج نوع اولیه هستند. این باطری ها اغلب در دستگاه های قابل حملی که به انرژی زیادی نیاز ندارند، مانند کنترل از راه دور و اسباب بازی های کودکان استفاده می شود.

باتری های یکبار مصرف به طور گسترده در ساعت‌ها، ترازوهای دیجیتال و سایر دستگاه‌های الکترونیکی ارزان قیمت مورد استفاده قرار می گیرد. این باطریها ارزان بوده و نیاز به تعمیر و نگهداری ندارند.

اما همه باتری های یکبار مصرف یکسان نیستند. اجزای سلول های الکتروشیمیایی باطری نقش بسزایی در عملکرد و کاربردهای آن دارد.

باتری‌های ثانویه

باطریهای ثانویه باتری‌های قابل شارژی هستند، که می توانند بیش از یکبار استفاده شوند. این باطریها دارای طول عمر مشخصی بوده و برای تامین مقادیر بیشتر انرژی در دستگاه هایی مانند لپ تاپ و اتومبیل مورد استفاده قرار می گیرند.

قیمت باتری های ثانویه کمی گرانتر از انواع اولیه است و برای اهداف متعدد به خوبی کار می کند. در صورتی که از این باطری ها با احتیاط و ایمنی استفاده شود، برای مدت طولانی تری کار می کنند.

پس از اتمام انرژی الکتروشیمیایی یک نمونه قابل شارژ، یک جریان الکتریکی خارجی می‌تواند مواد شیمیایی را به حالت اولیه خود برگرداند. هنگام شارژ مجدد باطریهای ثانویه، شارژر باید ولتاژ مناسب را تامین کند.

 ولتاژ بیش از حد بالا می تواند، طول عمر را به شدت کاهش دهد. حتی ممکن است باعث آتش سوزی شود یا سلول های الکتروشیمیایی باطری را خراب کند.

انواع باتری های ثانویه یا قابل شارژ

وقتی صحبت از انواع باطریهای قابل شارژ می شود، آنها را بر اساس ترکیب شیمیایی و وضعیت الکترولیت به باتری های سلول مرطوب و خشک تقسیم می کنند. باطریهای سلول مرطوب قدیمی ترین نوع باتری های قابل شارژ هستند. آنها حاوی الکترولیت مایع با دو الکترود غوطه ور در آن هستند، که به عنوان آند و کاتد باتری عمل می کنند.

 باتری‌های سلول مرطوب اغلب در صنایعی مانند حمل و نقل هوایی، ذخیره‌سازی برق، دکل‌های تلفن همراه و تاسیسات برق استفاده می‌شوند، زیرا در شرایط مناسب مقرون به صرفه و بادوام هستند.

باتری های سلول خشک علیرغم نامشان کاملاً خشک نیستند. الکترولیت آنها از خمیری تشکیل شده است، که رطوبت کافی برای عبور الکترون ها دارد. اینها نوع قابل شارژی هستند که به دلیلی ایمنی بالا، اغلب در وسایل الکترونیکی قابل حمل مانند تلفن ها و لپ تاپ ها استفاده می شوند.

باتری های لیتیوم یون (Li-ion) متداول ترین نوع قابل شارژ هستند. چگالی انرژی آنها در صورت بهینه سازی، می تواند تا 56.8 درصد افزایش یابد. انواع دیگر باطریهای قابل شارژ عبارتند از: هیبرید نیکل-فلز (NiMH)، نیکل-روی  (NiZn) و نیکل-کادمیم (NiCd).

باتری‌های NiMH به دلیل ظرفیت بالاتر و کمبود فلزات سمی، اغلب نسبت به NiCd ترجیح داده می‌شوند. با این حال، باطری NiCd به دلیل طول عمر بیشتر، هنوز به طور گسترده در تجهیزات پزشکی و ابزار برقی استفاده می‌شوند.