باتری
باتری معمولاً هر باتری از یک یاچند سلول کوچک داخلی تشکیل شده‌است.
در باتری‌ها ممکن است سلول‌ها برای افزایش جریان با هم موازی شده یا برای افزایش ولتاژ با هم سری شوند.
هر سلول شامل دو نیم سلول است که به صورت سری توسط ماده‌ای الکترولیت -شامل یون‌های مثبت و یون‌های منفی – که رسانای الکتریکی می‌باشد به هم متصل‌اند.
با اتصال باتری به مصرف‌کننده یون‌های منفی از طریق سیم هادی به مصرف‌کننده وارد شده و بعد از ایجاد انرژی در آن (انرژی گرمایی بر اثر عبور از یک مقاومت یا انرژی جنبشی بر اثر القا یا انرژی نور بر اثر پرتاب و…) به سمت یون‌های مثبت حرکت می‌کنند.
و به تدریج یون‌های مثبت (که در اینجا حفره‌ها هستند) را خنثی می‌کنند.
با گذشت زمان یون‌های مثبت بیشتری خنثی شده و به تدریج انرژی باتری کم شده و مقاومت داخلی آن افزایش می‌یابد.
در این حالت بعد از گذشت مدت زمانی که معمولاً با آمپر ساعت باتری مشخص می‌شود باتری به صورت کامل تخلیه می‌شود.
مثلاً یک باتری ۶۰ آمپر ساعت می‌تواند ۶۰ آمپر را تا یک ساعت تأمین کند.
این باتری بعد از گذشت یک ساعت و با کشیدن جریان ۶۰ آمپر از ان به صورت کامل تخلیه می‌شود.
با کاهش جریان دریافتی از باتری می‌توان مدت زمان کارایی آن را افزایش داد.
در این حالت باید پارامترهای مانند دما، لزرش و مقدار تنش موجود در جریان را نیز در زمان نهایی لحاظ کرد.
به عنوان مثال باتری ۶۰ آمپر ساعتی در حالت تئوری باید جریان ۲۰ آمپر را برای مدت زمان ۳ ساعت تأمین کند.
در حالی که با توجه به ساختار باتری و همچنین دمای محیط ممکن است این زمان تا نیم ساعت نیز کاهش یابد.
تقسیم‌بندی باتری‌ها
از بالا به پایین: یک باتری ۴٫۵ ولتی و D Cellو یک C cellو یک AA cellو یک AAA cellو یک AAAA AAAA cellو یک A23 battery و یک ۹-volt PP3 batteryو یک جفت باتری CR2032 and LR44.
بر اساس شرایط محیطی و شرایط الکتریکی مورد استفاده بایستی از باتری‌های متفاوت استفاده کرد
دارای مشخصات گوناگون تحت شرایط دشارژ می‌باشند انواع باتری از نظر کاربرد عبارت اند از:
- باتری‌های خورشیدی که شارژ آن‌ها تابع قوانین خاص است.
- باتری‌های مورد استفاده در. ups و لپ‌تاپ و موبایل که توانایی تأمین یک جریان ثابت برای مدت زمان طولانی را دارند.
- باتری‌های اتومبیل، لیفتراک و موتورسیکلت که می‌توانند جریان زیادی را در مدت زمان کوتاه جهت استارت تأمین کنند.
- باتری‌های سامانه‌های حفاظتی، روشنایی، امنیتی و سامانه‌های کنترل که باید دارای عمر و پایداری بالایی باشند.
- باتری‌های قلمی و نیم قلمی و…(باتری که برای مصارف عمومی ساخته شده‌اند) این باتری‌ها باید ارزان باشند.
- باتری‌ها سکه‌ای و باتری‌های پشتیبان که می‌توانند جریان کمی را برای مدت زمان خیلی طولانی تأمین کنند.
- و…
به‌طور کلی باتری‌ها به دو دسته قابل شارژ و غیرقابل شارژ تقسیم‌بندی می‌شوند.
باتری‌های شارژ نشدنی (یک بار مصرف)
این باتری‌ها قادر به شارژ الکتریکی نبوده و یکبار استفاده و شارژ می‌شوند.
باتری‌های غیرقابل شارژ، سلولهای خشک (باتری خشک) نیز نامیده می‌شوند.
در باتری خشک معمولی، بر اثر واکنش ماده آند (قطب مثبت) (عنصر Zinc یا Alkaline یا Lithium یا Silver)و ماده کاتد (قطب منفی) (عنصر carbon یا chloride یا copper oxide یا iron disulfide یا manganese dioxide) با الکترولیتی که محیط بین آند و کاتد را دربر گرفته‌است، انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود.
اساس نام‌گذاری باتری با نام‌های همچون باتری لیتیوم (Lithium) یا باتری Alkaline یا … به دلیل عناصر استفاده در ساخت آن‌ها می‌باشد. در جدول زیر توضیحات بیشتر ی آورده شده‌است:
توان الکتریکی باتر
توانی که هر باتری بر حسب وات فراهم می‌کند، برابر حاصل‌ضرب ولتاژ آن (بر حسب ولت) در حداکثر جریان مجاز آن (برحسب آمپر) می‌باشد.
در کاربردهایی با توان بالا از جمله راه اندازه موتور خودرو، میزان توان‌های تأمین شده در فواصل زمانی کوتاه به بیش از ۱۰۰۰ وات می‌رسد.
در کاربرد کم توان در وسایل الکترونیکی ظریف، مانند سمعک‌ها و ساعت‌های رایانه‌ای، اندازه توان‌های فراهم شده نزدیک چند میلی وات است.
خطر و نقص باتر
خطرها و نقص‌های مربوط به باتری عبارتند از:
- انفجار
- نشتی
- ملاحظات زیست‌محیطی
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 غیرقابل شارژ، می‌تواند باعث انفجار این منبع انرژی الکتریکی شود.
نشتی
در بعضی از باتری‌ها از مقوا، فلز روی و مواد شیمیایی استفاده می‌شود.
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 می‌نماید.
ملاحظات زیستگاهی
افزایش بهره‌گیری از باتری‌ها و کاربردهای گسترده آن افزایش زباله‌های صنعتی و زیستگاهی تازه این کالا را به همراه داشته‌است.
آفرینندگان از مواد شیمیایی هراس ناک برای پیدایش کارایی بهتر باتری‌های ساخته شده خود سود می‌جویند.
پسمان‌های انباره مایه بالا رفتن آلودگی زیستگاهی به زهرهای کشنده فلزی باتری‌ها شده‌است.
البته امروزه انسان‌های زیادی در تلاش بوده تا این خطرات را (برای مثال با ساخت باتری‌های چندبار مصرف که باعث کاهش زباله‌هایی از این قبیل می‌شود) کاهش دهند.
اتری‌های روی-کربن برای محیط زیست خطرناک‌اند و پس از استفاده نباید همراه با بقیه‌ی ضایعات خانگی دفع شوند.
نخستین تاریخ
پیل الکتریکی در ایران باستان در فاصله سال‌های ۲۵۰ ق. م تا ۲۲۴ پ. م در تیسفون ساخته شد.
این باتری‌ها به باتری‌های بغداد و پیل الکتریکی مشهورند.
شرکت جنرال الکتریک این باتری‌ها را با روش تاریخ‌گذاری رادیوکربن (به انگلیسی: Radiocarbon dating) شبیه‌سازی کرده‌است.
معلوم شده‌است که قدمت این پیل‌ها به ۲۰۰ سال پیش از میلاد می‌رسد. این پیل‌ها دارای بدنهٔ بیرونی از جنس ارتن ور بوده که حاوی میله‌ای آهنی است و به وسیلهٔ بخشی از بدنهٔ مسی (میلهٔ آهنی درون استوانهٔ مسی) ایزوله شده‌است.
زمانی که درون محفظه با محلولی الکترولیت مانند آبلیمو پر شود، این وسیله جریان الکتریکی خفیفی تولید می‌کند.
این احتمال وجود دارد که این وسیله برای آبکاری الکتریکی جواهر به کار می‌رفته‌است.
در سال ۱۳۱۷ خورشیدی برابر با ۱۹۳۸ میلادی، باستان‌شناس 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 تاریخی ایران اشکانی ساخته شده و به کار برده می‌شده‌اند.
او این پیل‌های تیسفون را پارتی نامید که امروزه با نام‌های دیگر همچون پارتیان یا پیل اشکانی هم مشهورند.
او در مقاله‌ای این مطلب را منتشر کرد و از این وسیله با عنوان باستانی یاد کرد که برای آبکاری الکتریکی و انتقال لایه‌ای از طلا یا نقره از سطحی به سطح دیگر به کار می‌رفته‌است.
