انواع باتری ها و نحوه ی کارکرد آنها

باتری ها یکی از مهمترین وسایلی هستن که همیشه و همه جا به نحوی داریم ازشون استفاده میکنیم. بدون باتری هیچ کدوم از وسایل الکترونیکی مهم روزمره مون مثل تلفن‌همراه، لپ‌تاپ، تبلت، پخش‌کننده موسیقی و … کار نمیکنن. ما حتی برای خرید این دستگاه های الکترونیکی نگاه میکنیم ببینیم ظرفیت و کیفیت باتری داخلشون چطوره! بنابراین به دلیل اهمیت زیاد باتری ها تصمیم گرفتیم که در این مقاله راجع به باتری ها و نحوه عملکردشون توضیحاتی بدیم و انواع باتری ها رو معرفی کنیم. پس با ما همراه باشین.

باتری چیست و نحوه عملکرد باتری ها به چه صورتیه؟

باتری چیست و نحوه عملکرد باتری ها به چه صورتیه؟

باتری ها قطعات الکترونیکی هستن که در ابعاد مختلف در مدارهای ساده و صنعتی استفاده میشن و منبع نیروی الکتریکی برای شارش الکترون ها در مدار هستن.  بطور کلی باتری ها از ۳ بخش تشکیل میشن: ۱- آند (یا همان قطب منفی) ۲- کاتد (یا همان قطب مثبت) ۳- الکترولیت (که بین آند و کاتد قرار میگیره)

باتری چیست و نحوه عملکرد باتری ها به چه صورتیه؟

در همه باتری‌ها از فلزات بعنوان الکترود و از مواد دیگه ای شبیه آب نمک برای الکترولیت استفاده میشه. الکترودها با هم در تماس مستقیم نیستن و فقط تماسشون از طریق الکترولیت هستش. در هر باتری و در قسمت الکترولیت واکنشی شیمیایی انجام میشه که چگالی بار الکترون ها در آند رو زیاد میکنه. این افزایش چگالی در دو سمت مدار اختلاف پتانسیل ایجاد میکنه و الکترون ها از قسمت چگالتر یعنی از قطب منفی(آند) به قسمت رقیق تر یعنی قطب مثبت(کاتد) شارش پیدا میکنن. اما الکترولیت در بین کاتد و آند مانع میشه و از ایجاد جریان به سمت کاتد در داخل باتری جلوگیری میکنه. در نتیجه هرگاه یک سیم به باتری وصل بشه، الکترون ها میتونن از آند به کاتد برن و اختلاف پتانسیل ایجاد شده رو خنثی کنن. حرکت جریان درون سیم، در واقع حرکت الکترون‌های داخلشه که میتونه وسایل الکتریکی رو به کار بندازه.

انواع باتری‌ها کدامند؟

باتری ها رو به روش های مختلفی دسته بندی میکنن مثلا بر اساس حالت الکترولیت (خشک و تر)، بر اساس جنس الکترولیت و صفحات و بر اساس قابلیت شارژ. بر اساس دسته بندی قابلیت شارژ به دو دسته باتری های اولیه (غیر قابل شارژ) و باتری های ثانویه (قابل شارژ) تقسیم میشن.

باتری های اولیه (غیر قابل شارژ):

در این باتری‌ها از کربن و روی به عنوان الکترود و از یک خمیر اسیدی به عنوان الکترولیت استفاده میشه. این باتری‌ها فقط یک بار استفاده و شارژ میشن. واکنش شیمیایی درون باتری به تدریج انجام میشه و تا وقتی که همه ی واکنش دهنده ها در واکنش تبدیل به فراورده نشن تولید الکترون ادامه پیدا میکنه و اختلاف چگالی بار در دو سمت مدار حفظ میشه. با گذشت زمان، مقاومت درونی باتری (الکترولیت) بیشتر میشه و باتری تموم میشه. استفاده از باتری اولیه به علت هزینه­ کمشون پرمنفعته. این باتری‌ها رو معمولا برای دستگاه‌های قابل حمل که شدت جریان کمی میخوان و یا همیشه استفاده نمیشن، به‌کار میگیرن مثل ساعت‌ها و کنترل‌ها. باتری های غیرقابل شارژ خود به دو دسته کلی  لیتیم (Lithium) و الکالاین یا قلیایی  (Alkaline)تقسیم میشن.

 

الکالاین یا قلیایی (Alkaline):

الکالاین یا قلیایی (Alkaline):

 

در باتری‌های قلیایی (Alkaline) به‌جای کربن از اکسید منیزیم و به جای الکترولیت اسیدی از یک ماده قلیایی استفاده شده. کارآمدی باتریهای قلیایی معمولا ۱۰ برابر کارآمدی باتریهای قدیمی روی ـ کربن هست. باتری های قلیایی طول عمر بیشتری دارن و میتونن ۸۵ درصد از ظرفیت خود رو بعد از ۵ سال ذخیره حفظ کنن، کمتر نشت میکنن و در محدوده بیشتری از دمای محیط میتونن کار کنن.

 

لیتیم (Lithium):

در باتریهای لیتیم از لیتیم فلزی استفاده میکنن تا به چگالی انرژی بسیار بالا برسن، در نتیجه مدت عمل طولانی و طول عمر نگهداری (در قفسه) زیادی داشته باشن. باتریهای لیتیم میتونن بعد از ۵ سال عدم استفاده تا ۹۷ درصد از ظرفیت اسمیشون رو حفظ کنن. باتریهای لیتیم بهترین جایگزین برای باتریهای قلیایی استاندارد دوربینهای دیجیتال، دستگاه های پخش MP3 و سایر وسایل الکترونیکی اند. همچنین از باتری لیتیوم در ساعت مچی، ماشین حساب و غیره استفاده میکنن.

باتری‌های ثانویه (قابل شارژ):

باتری‌های ثانویه قابلیت شارژ مجدد دارن. در باتری‌های ثانویه، با وصل کردن باتری مصرف شده به جریان الکتریسته، ترکیب شیمیایی مواد داخل باتری به حالت اولیه برمیگرده و میشه دوباره از باتری استفاده کرد. با این حال این نوع باتری‌ها رو فقط به تعداد معین و محدودی میشه شارژ مجدد کرد چون درون باتری ها خوردگی ایجاد میشه و ماده الکترولیت و مواد فعال داخل باتری از بین میره. باتری‌های اتومبیل، نمونه‌ای از باتری‌های قابل شارژند که سرب و اکسید سرب، الکترودها و یک اسید قوی، الکترولیت آن ‌رو تشکیل میده. این باتری­ ها گرونن و به نگهداری دقیقتری نیاز دارن. انواع باتری های شارژ شدنی عبارتند از: نیکل ـ کادمیم، باتری های هیبرید نیکل ـ فلز، باتری های لیتیم ـ یون، پلیمر لیتیم ـ یون.

نیکل ـ کادمیم (Ni-cd) یا :(nickel-cadmium)

نیکل ـ کادمیم (Ni-cd) یا :(nickel-cadmium)

در باتری‌های نیکل- کادمیم(NiCd) ، کادمیم و هیدروکسید نیکل نقش الکترود رو دارن و هیدروکسید پتاسیم الکترولیت باتری هستش. باتریهای نیکل ـ کادمیم سرعت شارژ شدن بالا و طول عمر خوبی دارن با بیش از هزار چرخه شارژ/ دشارژ که فوقالعادس! اما یک عیب بزرگ دارن به نام اثر حافظه (Memory Effect)یعنی اگه زمانی‌که شارژ یک باتری NiCd به‌طور کامل تمام نشده باشه، شارژ مجدد بشه، دانه‌های کریستالی درون باتری متبلور میشه و رشد می‌کنه. این دانه‌ها، ظرفیت باتری رو کم میکنن و حذف آن‌ها هم از باتری سخته. این نوع باتری ها در وسایلی به کار میرن که همیشه استفاده میشن. چون باید حداقل هفته ای یک بار شارژ کامل و دشارژ کامل بشن، در غیر این صورت روزانه ۱% از توانشون کم میشه و اگه این باتری ها برای چند روز در حالت شارژ بمونن، آسیب میبینن.

 

هیبرید نیکل ـ فلز (NiMH) یا :(Nickel-Metal Hybride)

 

باتری‌های نیکل- هیدرید فلزی(NiMH)  جایگزین بسیار مناسبی برای باتری‌های NiCd اند، چون خصوصیات مشابه آن‌ها رو دارن و عیب بزرگ اونها یعنی اثر حافظه رو هم ندارن. باتریهای NiMH سی تا چهل درصد ظرفیت انبارش بیشتری را نسبت به معادلهای نیکل ـ کادمیم دارن ولی تعداد چرخه شارژ/دشارژ مجدد کمتری، بین ۳۰۰ تا ۵۰۰ چرخه، رو پشتیبانی میکنن. برای باتریهای NiMH نیاز نیس قبل از شارژ به دشارژ کامل برسن پس میتونین قبل از یک استفاده طولانی کاملا شارژش کنین. حواستون باشه اگه باتری NiMH تعداد دفعات زیادی بطور کامل دشارژ (خالی) بشه طول عمرش کم میشه البته خوبه هرازگاهی بذارین کاملا تخلیه بشه. شارژ کردن باتریهای NiMH نسبت به معادل باتریهای نیکل ـ کادمیم طولانی تره و اگه بیش از حد شارژ بشن یا در زمانی که باتری داغه شارژ بشه ممکنه خراب بشه. شارژرهای NiMH خوب میتونن جلوی شارژ بیش از حد باتری رو بگیرن یا اگه دمای داخلی باتری زیاد شد شارژ رو متوقف کنن. همه باتری‌های قابل شارژ‌، اگه مدت زمان طولانی استفاده نشن، مقداری از شارژ شون رو از دست میدن. مثلا اگه ۶ ماه از یک باتری NiMH استفاده نشه بین ۲۰ تا ۵۰ درصد شارژش از دست میره. میزان هدر رفت شارژ به دمای نگهداری باتری هم بستگی داره.

 

لیتیم ـ یون (Lithium-Ion):

 

باتریهای لیتیم ـ یون بالاترین چگالی انرژی رو فراهم میکنن تقریبا دو برابر انرژی قابل دسترس از باتری های نیکل ـ کادمیم. نیاز به دشارژ کامل ندارن و میتونین هروقتی که خواستین یک باتری لیتیم ـ یون رو بی آنکه کارایی باتری کم بشه شارژ کنین، اما چون باتریهای لیتیم ـ یون معمولا دارای طول عمر شارژ/دشارژ ۳۰۰ تا ۵۰۰ چرخه اند اگه زود به زود و قبل از تخلیه شارژ کنین طول عمر باتری کم میشه. خیلی از سازندگان باتری های لیتیم ـ یون طول عمر باتری رو ۳ سال عنوان میکنن، ولی بعضی از مصرف کنندگان طول عمرش رو تا ۱۸ ماه گزارش کردن. باتری‌های لیتیوم-یون (Li-ion) به‌طور گسترده در لپ‌تاپ‌ها و تلفن‌های همراه به کار میرن. این باتری‌ها از لیتیوم و کربن بعنوان الکترود استفاده می‌کنن. نسبت توان ذخیره شده به وزن باتری در این باتری‌ها خیلی بالاست و سرعت از دست دادن شارژ به‌خاطر عدم استفاده هم خیلی کمه.

 

پلیمر لیتیم ـ یون (Li-Ion polymer):

 

باتریهای پلیمر لیتیم ـ یون که بهشونLi-Poly یا Lipo هم میگن، اساسا شبیه به باتریهای لیتیم ـ یون اند. با این تفاوت که پلیمرهای لیتیم ـ یون بسیار نازکترن، با اندازه هایی به کوچکی یک میلیمتر. باتریهای پلیمر لیتیم ـ یون بسیار سبکن و در برابر شارژ بیش از حد و نشت مواد شیمیایی هم مقاومترن. ولی گرونتر از باتریهای لیتیم ـ یون اند و چگالی انرژی پایین تری دارن. باتریهای پلیمر لیتیم ـ یون بیشتر در وسایل الکترونیکی سبک وزن و گران قیمت مثل موبایلها به کار میرن.

باتری ها چه خطرها و نقص‌هایی ممکنه داشته باشن؟

باتری ها چه خطرها و نقص‌هایی ممکنه داشته باشن؟

۱-     انفجار

عدم کاربرد یا کارکرد صحیح باتری ممکنه منجر به انفجار باتری بشه. تلاش برای شارژ نمودن مجدد باتری‌های یک بار مصرف یا غیرقابل شارژ، اتصال کوتاه نمودن دو قطب مثبت و منفی باتری می‌تونن باعث انفجار باتری ها بشن.

۲-     نشتی

در بعضی از باتری‌ها از مقوا، فلز روی و مواد شیمیایی استفاده میشه. واکنش شیمیایی درون باتری در مدت زمان طولانی، باعث خروج و نشت مواد شیمیایی به بیرون باتری میشه و باعث خوردگی شیمیایی در قطعات فلزی دستگاه‌های اطراف باتری میشه.

۳-     ملاحظات زیستگاهی

استفاده زیاد از باتری‌ها و کاربردهای گسترده آن، باعث زیاد شدن زباله‌های صنعتی و زیستگاهی میشه. البته امروزه داره تلاش میشه تا این خطرات رو (مثلا با ساخت باتری‌های چندبار مصرف) کم کنن.

نکاتی مهم برای استفاده بهینه و بهتر از باتری‌ها:

  • -کیفیت تمام باتری‌ها با گذشت زمان کم میشه، حتی اگه استفاده نشن.
  • -سرعت از دست رفتن شارژ باتری در دماهای پایین،‌ کم‌تره.
  • -نگهداری باتری در دماهای خیلی زیاد یا خیلی کم، روی ولتاژ خروجی باتری تاثیر میذاره.
  • -باتری‌های با ترکیب شیمیایی مختلف رو هرگز در یک دستگاه استفاده نکنین.
  • -باتری‌های قابل شارژ و غیر قابل شارژ رو با هم روی یک دستگاه استفاده نکنین.
  • -باتری‌های آلکالاینی در شرایط استفاده معمولی یا عدم استفاده، نشت نمیکنن. ولی در دمای بالا، استفاده از باتری‌های نو و کارکرده درکنار هم و استفاده از باتری‌هایی با ترکیب شمیایی مختلف در کنار هم، احتمال نشتی رو زیاد میکنن.
  • -نشتی باتری خیلی سوزش‌آوره و نباید در تماس با پوست قرار بگیره.
  • -باتری‌های قابل شارژی که برای مدت طولانی استفاده نشدن رو قبل از استفاده، حتما شارژ کنیدن.
  • -اگه نمیخواین دستگاهی رو بمدت طولانی استفاده کنین باتری‌هاش رو خارج کنین.

مطالب مرتبط

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *