باتری یک وسیله است که از یک یا چند سلول الکتروشیمیایی تشکیل شده و برای تأمین انرژی دستگاه‌های الکتریکی مختلف مانند چراغ‌قوه، تلفن‌های همراه و خودروهای برقی استفاده میشود. زمانی که باتری انرژی الکتریکی را تأمین می‌کند، ترمینال مثبت آن به عنوان کاتد و ترمینال منفی آن به عنوان آند شناخته میشود.
ترمینال منفی که با علامت منفی مشخص شده، منبع الکترون‌هاست که از طریق یک مدار الکتریکی خارجی به سمت ترمینال مثبت جریان می‌یابد. وقتی یک باتری به یک بار الکتریکی خارجی متصل میشود، یک واکنش اکسایش-کاهش رخ می‌دهد که واکنش‌دهنده‌های پر انرژی را به محصولات کم انرژی تبدیل می‌کند و انرژی آزاد شده به صورت انرژی الکتریکی به مدار خارجی منتقل میشود.
در گذشته، از اصطلاح منبع تغذیه یا باتری برای دستگاه‌هایی با چند سلول استفاده می‌شد، اما این اصطلاح هنوز برای دستگاه‌هایی که تنها یک سلول دارند نیز به کار می‌رود. در ادامه، انواع مختلف باتریهای الکتریکی را معرفی و بررسی خواهیم کرد.
باتریهای خورشیدی:
باتری خورشیدی یا سلول‌های فوتو ولتایی ابزارهایی الکترونیکی هستند که با استفاده از پدیده فتوولتائیک، نور یا فوتون را مستقیماً به جریان و ولتاژ الکتریکی تبدیل میکنند. دانشمندان اولین باتری خورشیدی را در سال 1954، با استفاده از ماده نیمه رسانای سیلیسیوم، در آزمایشگاه‌های تلفن بل ساختند.
انواع باتریهای خورشیدی:
در سیستم‌های فتوولتائیک باتریهای یک‌بار مصرف جایگاهی نداشته و تنها از باتریهای قابل شارژ در این سیستم‌ها استفاده می‌گردد. در زیر برخی از انواع باتریهای قابل شارژ ذکر گردیده:
- lead-acid Battery
- lithium-ion Battery
- nickel-cadmium Battery
- nickel metal hydride Battery
- nickel-iron Battery
- nickel-zinc Battery
- sodium-ion Battery
باتریهای مورد استفاده در یو پی اس، لپ‌تاپ و موبایل که توانایی تأمین یک جریان ثابت برای مدت زمان طولانی را دارند.
باتریهای سامانه‌های حفاظتی، روشنایی و امنیتی
باتری قلمی و نیم قلمی
باتری قلمی:
باطری قلمی یک از متداول‌ترین انواع باطری مصرفی در جهان است که اغلب برای دستگاه‌های الکترونیک کوچک مثل ریموت کنترل‌ها، ساعتهای دیواری و… مورد استفاده قرار می‌گیرد. این باطری از جنس‌های مختلفی تولید میشود که هر کدام مزایا و معایب مختلفی دارند. باطری‌های قلمی به دو صورت قابل شارژ و غیرقابل شارژ وجود دارند. برای استفاده از باطری قلمی در وسایلی که نیاز به تعویض باطری در مدت زمان طولانی احساس میشود بهتر است تا از باتری قلمی غیر قابل شارژ یا یک‌بار مصرف استفاده شود. اما برای وسایلی مثل اسباببازیها که میزان مصرف باتری آن‌ها بالا است بهتر است تا از باطری‌های قابل شارژ استفاده کنید.
باطری نیم قلمی:
باطری‌های نیم قلمی در واقع همان باطری‌های قلمی هستند که به دلیل احساس نیاز به باطری‌های کوچک‌تر ساخته شده‌اند و لذا ظرفیت کمتری نیز دارند. با استفاده از تبدیل، می‌توان از این باطری‌ها به عنوان باطری نیم قلمی نیز استفاده کرد. جنس باطری‌های نیم قلمی نیز مانند باطری‌های قلمی است و لذا این باطری‌ها نیز در دو دسته‌ی قابل شارژ و غیرقابل شارژ وجود دارند.
باتریهای سکه‌ای و باتریهای پشتیبانی
باطری سکه‌ای همان‌طور که از نام آن برمی‌آید به دلیل شباهتی که به سکه دارد به این نام خوانده میشود. این باطری‌ها در ابعاد متفاوتی برای کاربری‌های خاصی طراحی می‌شوند. اما علت عمده‌ی تولید این باطری‌های کوچک و سبک این است که منبع تأمین نیرو برای دستگاه‌های قابل حمل مثل ماشین‌حساب جیبی، ضربان سازهای قلبی مصنوعی، فرستنده‌های ورودی بی‌سیم، ساعت‌ها، سمعک و… باشند. این باطری‌ها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که روی پایینی آن‌ها قطب مثبت و روی بالایی آن ها قطب منفی باشد. طراحی این باطری‌ها به گونه‌ای است که دارای ظرفیت بالا (نسبت به اندازه کوچک آن‌ها) و دشارژ پایین هستند و اگر به خوبی از آن‌ها مراقبت شود می‌توانند تا مدت زمانی طولانی شارژ خود را نگه دارند.
جنس کاتد و آند این باطری‌ها متفاوت هستند. اغلب آند این باطری‌ها از لیتیوم یا روی ساخته می‌شوند در حالی که کاتد آن‌ها از دی‌اکسید منگنز، اکسید نقره، مونو فلوئورید کربن، اکسید مس و اکسیژن تولید می‌شوند. دقت کنید که استفاده از باطری سکه‌ای متفاوت با آنچه که دستگاه نیاز دارد موجب صدمه زدن به کارایی دستگاه میشود. باتری سکه‌ای یک باتری تک سلولی است و ساخت آن تکنولوژی پیچیده‌ای را در برنمی‌گیرد با این حال برای استفاده از آن باید دقت داشته باشید که دستگاه شما از چه اندازه و ظرفیت باتری سکه‌ای بهره می‌برد و دقیقاً همان باطری را برای آن تهیه کنید.
باطری ماشین و لیفتراک و موتورسیکلت
باتری خودرو دومین عضو سیستم برق خودرو می‌باشد. در سیستم برق خودرو بعد از اینکه برق توسط تولید کننده برق (دینام خودرو) تولید میشود. این برق تولید شده توسط باتری خودرو یا همان ذخیره کننده برق خودرو ذخیره میشود. اگر بخواهیم تاریخچه باتری و ذخیره کردن انرژی الکتریکی را بررسی کنیم. باید بگوییم که خمره‌هایی از زمان تمدن سومر در مصر یافت شده است. در نتیجه قدمت باتریها به تمدن باستان بشری برمی‌گردد. از وظایف باتری خودرو، تأمین نیروی موردنیاز استارت و فراهم کردن انرژی الکتریکی موردنیاز خودرو زمانی که نیاز خودرو بیش از مقدار تولیدشده توسط دینام است.
باتریهای غیرقابل شارژ کردن
باتریهای اولیه یا پیل اولیه یک‌بار مصرف بوده و قابلیت شارژ مجدد از طریق هیچ منبع خارجی را ندارند. این نوع باتری در صورت قطبیده شدن، دچار کاهش عمر مفید میشود. برای جلوگیری از کاهش عمر باتریها با کاهش اثر قطبش، از واقطبیدگی شیمیایی استفاده میکنند؛ به این صورت که هیدروژن با آب را به وسیله اضافه کردن عامل اکسیدکننده به پیل، اکسید میکنند. برای مثال، برای جلوگیری از قطبیده شدن در پیل روی-کربن و لکلانشه از منگنز دی‌اکسید و در پیل بنسن (Bunsen) و گرو (Grove) از نیتریک اسید استفاده میشود.
کاربردهای اولیه شامل موارد مختلفی است که در ادامه به برخی از آن‌ها اشاره می‌کنیم.
- ساعت و اسباببازیها
- وسایل خانگی کوچک
- رایانه‌‌های شخصی
- اینورترها و چراغ‌‌های قابل حمل ضروری
الکالاین یا قلیایی (Alkaline):
کارآمدی باتریهای قلیایی معمولاً ۱۰ برابر کارآمدی باتریهای قدیمی روی ـ کربن است. آن‌ها طول عمر بیشتری دارند و می‌توانند ۸۵ درصد از ظرفیت خود را پس از پنج سال ذخیره حفظ کنند، باتریهای قلیایی کمتر نشت میکنند و در محدوده گسترده‌ای از دمای محیط می‌توانند کار کنند.
لیتیوم (Lithium):
باتریهای لیتیوم از لیتیوم در حالت فلزی آن استفاده میکنند تا به یک چگالی انرژی بسیار بالا دست پیدا کنند، در نتیجه مدت عمل طولانی و طول عمر نگهداری (در قفسه) زیادی دارند. باتریهای لیتیوم می‌توانند پس از پنج سال عدم استفاده تا ۹۷ درصد از ظرفیت اسمی خود را حفظ کنند. باتریهای لیتیوم بهترین جایگزین برای باتریهای قلیایی استاندارد دوربین‌های دیجیتال، دستگاه‌های پخش MP3 و سایر وسایل الکترونیکی هستند. همچنین از آن در ساعت مچی، باتری ماشین‌حساب و وسایل مشابه استفاده میکنند. باتری لیتیوم نمونه‌ای از باتریهای قلیایی است. اگر بر روی یک باتری کلمه Li درج‌شده باشد به این معناست که آن باتری، باتری لیتیوم خشک (غیرقابل شارژ) هست.
برای مطالعه بیشتر می توانید به مقاله خرید منبع تغذیه زیمنس مراجعه کنید.
باتریهای شارژ شدنی
پیل ثانویه همان باتریهای قابل شارژ و در واقع چند بار مصرف هستند. هزینه اولیه باتریهای قابل شارژ عموماً بیش از باتریهای یک‌بار مصرف است، اما مجموع هزینه مالکیت و اثر زیست‌محیطی این باتریها کمتر است، چرا که پیش از تعویض می‌توان چندین بار آن‌ها را شارژ کرده و دوباره مصرف کرد. کاربرد این باتریها بسیار گسترده است که در ادامه به برخی از آن‌ها اشاره می‌کنیم.
- گجت‌های هوشمند همراه، مانند دستبندهای سلامتی و ساعتهای هوشمند
- کاربردهای نظامی و زیردریایی‌‌ها
- در تجهیزات پزشکی، دوربین‌‌ها و ضربان‌‌سازهای مصنوعی
نیکل ـ کادمیم (Ni-cd):
باتریهای نیکل ـ کادمیم سرعت شارژ شدن بالایی را فراهم می‌سازند و می‌توانند طول عمر خوبی داشته باشند با بیش از هزار چرخه شارژ/ دشارژ. اگر پیش از آنکه باتریهای نیکل ـ کادمیم کاملاً دشارژ (خالی) نشوند آن‌ها را شارژ کنید کارایی آن‌ها پایین می‌آید. بعضی از شارژرهای باتریهای نیکل ـ کادمیوم دارای مداری برای دشارژ کردن باتری، پیش از شارژ کردن آن‌ها هستند. باتریهای نیکل ـ کادمیوم به یک دوره break-in نیاز دارند. بسیاری از سازندگان این نوع باتریها سه بار چرخه شارژ/ دشارژ را پیش از آنکه باتری به حالت بهینه خود برسد توصیه میکنند. این نوع باتریها در وسایلی کاربرد دارند که دائماً استفاده می‌شوند زیرا این باتریها باید حداقل هفته‌ای یک‌بار شارژ کامل و دشارژ کامل شوند. زیرا در غیر این صورت روزانه ۱% از توان آن‌ها کم میشود و در صورتی که این باتریها برای چند روز در حالت شارژ بماند، آسیب می‌بینند. نوع قلمی این باتری ولتاژ ۱٫۲۵v تولید می‌کند.
جریان دهی باتریهای نیکل کادمیوم را با میلی آمپر ساعت (mAh) مشخص میکنند و جریان دهی بیشتر باتریهای نیکل کادمیوم بین ۵۰۰mAh تا ۱۰۰۰mAh می‌باشد. آمپرساعت به این معنا است که یک باتری در یک ساعت چقدر جریان می‌تواند به مدار بدهد. مثلاً اگر جریان دهی یک باتری ۵۰۰mAh باشد، به این معناست که آن باتری می‌تواند در یک ساعت ۵۰۰mA جریان به مدار دهد و اگر در یک ساعت از این مقدار جریان بیشتری از باتری کشیده شود، در این صورت ولتاژ باتری رو به کاهش می‌گذارد و در یک ثانیه می‌توان جریان ۵۰۰mAh÷۶۰min=8/34 mA از این باتری کشید که جریان بسیار کمی است ولی بعضی از باتریهای نیکل کادمیوم بزرگ می‌توانند تا ۱۴/۴Ah جریان تولید کنند (در هر ثانیه ۲۴۰mA).
هشدار خیلی مهم: کادمیوم یک فلز بسیار سمّی است.
هیبرید نیکل ـ فلز (Ni-MH):
باتریهای NIMH سی تا چهل درصد ظرفیت انبارش بیشتری را نسبت به معادل‌های نیکل ـ کادمیم دارند، اما تعداد چرخه شارژ/دشارژ مجدد کمتری را پشتیبانی میکنند بین ۳۰۰ تا ۵۰۰ چرخه معمول است. باتریهای NIMH پیش از شارژ به دشارژ کامل نیاز ندارند، در نتیجه می‌توانید پیش از یک استفاده طولانی برنامه ریزی شده، آن را کاملاً شارژ کنید. اگر باتری NIMH تعداد دفعات زیادی به‌طور کامل دشارژ (خالی) شود طول عمر آن کم میشود، هرچند اگر گاهی اجازه دهید که کاملاً تخلیه شود به‌گونه‌ای بهینه کار خواهد کرد. شارژ کردن باتریهای NIMH نسبت به معادل باتریهای نیکل ـ کادمیوم طولانی‌تر است و اگر بیش از حد شارژ شوند یا در زمانی که باتری داغ است شارژ ادامه یابد احتمال دارد که خراب شوند شارژرهای NIMH خوب می‌توانند جلوی شارژ بیش از حد باتری را بگیرند یا اگر دمای داخلی باتری زیاد باشد عمل شارژ را متوقف کنند.
لیتیوم ـ یون (Lithium-Ion):
باتریهای لیتیوم ـ یون بالاترین چگالی انرژی را فراهم می‌سازند تقریباً دو برابر انرژی قابل دسترسی از باتریهای نیکل ـ کادمیم آن‌ها به دشارژ کامل نیاز ندارند، به دوره break-in نیاز ندارند و از مسئله حافظه باتری خبر ندارند. می‌توانید در هر زمانی یک باتری لیتیوم ـ یون را بی آنکه روی کارایی باتری اثر بگذارد شارژ کنید، اما چون باتریهای لیتیوم ـ یون معمولاً دارای طول عمر شارژ/دشارژ ۳۰۰ تا ۵۰۰ چرخه هستند اگر زود به زود و قبل از تخلیه، این باتری را شارژ کنید طول عمر باتری را پایین می‌آورید. با آنکه بسیاری از سازندگان باتریهای لیتیوم ـ یون طول عمر باتری را تا سه سال ذکر میکنند، بعضی از مصرف‌کنندگان طول عمر تا ۱۸ ماه را گزارش کرده‌اند.
پولیمر لیتیوم ـ یون (Li-Ion polymer):
باتریهای پولیمر لیتیوم ـ یون که گاهی به Li-Poly یا Lipo نیز مشهورند، اساساً شبیه به باتریهای لیتیوم ـ یون هستند. اختلاف اصلی در آن است که پولیمرهای لیتیوم ـ یون بسیار نازک‌تر هستند، با اندازه‌ای به کوچکی یک میلی‌متر. باتریهای پولیمر لیتیوم ـ یون بسیار سبک نیز هستند و در برابر شارژ بیش از حد و نشت مواد شیمیایی نیز مقاوم‌ترند؛ اما تولید آن‌ها گران‌تر از باتریهای لیتیوم ـ یون تمام میشود و چگالی انرژی پایین‌تری دارند. باتریهای پولیمر لیتیوم ـ یون بیشتر در وسایل الکترونیکی سبک وزن و گران‌قیمت مانند گوشی‌های موبایل به کار می‌روند. در این مقاله ما سعی کردیم اطلاعات کامل و درست در مورد انواع باتری های الکتریکی منتشر کنیم تا در اختیار شما قرار گیرد. در صورت مفید بودن این مقاله برای شما آن را با دوستان خود به اشتراک بگذارید. همچنین در بخش دیدگاه ها نظرات و پیشنهادات خود را با ما در میان بگذارید.
