باتری چیست و چگونه کار می‌کند؟

باتری‌ها به اندازه لیاقتشان، دیده نمی‌شوند و از آن‌ها، تقدیر نمی‌شود. اما واقعیت این است که این تجهیزات، دنیای پیرامون ما را سرپا نگه‌داشته‌اند. جهانی بدون لپ تاپ، وسایل نقلیه، تلفن‌های همراه و … را می‌توانید تصور کنید؟ قطعا نمی‌توانید! بدون باتری‌، استفاده از این محصولات، بیشتر به یک رویای دست نیافتنی شبیه بود!

آیا تا به حال، در رابطه با ماهیت باتری و چگونگی کار کردن آن، فکر کرده‌اید؟ چه عواملی دخیل هستد تا شما بتوانید از یک لیمو، برای تامین برق مورد نیاز یک لامپ استفاده کنید؟ دنیای باتری‌ها، واقعا حیرت‌انگیز و پیچیده است!

باتری در اساس، وسیله‌ای است که انرژی شیمیایی را به الکتریسیته تبدیل کرده و در خود، ذخیره می‌کند. اما چه فرآیندی در این محصول صورت می‌گیرد تا بتواند مانند یک راکتور شیمیایی عمل کرده و برق تولید نماید؟

در این مقاله از بلاگ ایده آل گستر قصد داریم شما را با انواع باتری‌ها و نحوه کار کردن آن‌ها، بیشتر آشنا کنیم. با ما در این سفر به دنیای عجیب باتری‌ها، همراه باشید.

تاریخچه باتری

استفاده از باطری، امروزه به قدری فراگیر شده است، که ما آن‌ها را به عنوان وسایل معمولی و ساده، پذیرفته‌ایم. اما قطعا نمی‌توان تاریخچه اختراع و به‌کارگیری باتری‌ها را نادیده بگیریم.

باتری از زمان‌های بسیار قدیم، همراه انسان بوده است! برای اثبات این ادعا، مشاهده‌های تاریخی زیادی وجود دارند:

در سال 1938 میلادی، مدیر موزه بغداد، در زیرزمین ساختمان موزه، یک باتری قدیمی (که امروزه از آن، به عنوان “باتری بغداد” یاد می‌شود) را پیدا کرد. مطالعات نشان دادند که این باتری تاریخی، متعلق به 250 سال قبل از میلاد مسیح بود! البته بدیهی است که ساختار این باتری، با آن‌چه که امروز به عنوان یک وسیله ذخیره‌سازی انرژی برق می‌شناسیم، به کلی متفاوت بود.

بنجامین فرانکلین (Benjamin Franklin) دانشمند و مخترع آمریکایی، در سال 1974 میلادی و زمانی که با استفاده از مجموعه‌ای از خازن‌های متصل به هم، به آزمایش برق می‌پرداخت؛ از اصطلاح “باتری” استفاده کرد.

تاریخچه باتری

با این‌وجود، اولین باتری واقعی و شبیه به نمونه‌های امروزی، در سال 1800 و توسط دانشمند ایتالیایی، الکساندر ولتا (Alessandro Volta) اختراع شد. ولتا برای ساخت باطری، از ورقه‌های مس و روی استفاده می‌کرد. این اوراق، به وسیله پارچه‌ای آغشته به آب شور، از همدیگر جدا شده بودند.

قدیمی‌ترین نمونه باتری قابل شارژ، در سال 1859 اختراع شده است. این وسیله که “lead-acid battery” یا باتری اسید-سرب نامیده می‌شود، هنوز هم در بسیاری از خودروهای موتوری، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

سیر تاریخی باتری، در نهایت به نمونه‌های امروزی ختم شده است. ما در پیرامون خود، انواع باطری‌های بزرگ و کوچک (از مدل‌های بزرگ مگاوات گرفته که انرژی برق روستاها . جزایر را تولید می‌کنند؛ تا مدل‌های کوچکی که در ساعت‌های مچی، مورد استفاده قرار می‌گیرند) را مشاهده می‌کنیم.

باتری چیست؟

تکنولوژی به ما اجازه داده است که کارهای شگفت‌انگیری انجام دهیم:

  • صحبت کردن با یک دستگاه تلفن در وسط ناکجاآباد
  • خواندن کلماتی که تایپ آن‌ها چند لحظه قبل و در آن سر دنیا تمام شده است
  • پرواز در ارتفاعی که حتی پرندگان هم به ما حسادت کنند
  • فرستادن افراد و ربات‌ها به فضا
  • سفر به مکان‌هایی که در شرایط عادی، از سرما یخ خواهید زد
این نمونه‌ها، تنها بخشی از تجربیات حیرت‌انگیز انسان در طول سالیان اخیر، محسوب می‌شوند. اما تمام کارهایی که نام بردیم، در یک نکته، مشترک هستند: آن‌ها به انرژی نیاز دارند؛ انرژی بسیار زیاد! متاسفانه، یک نکته آزار دهنده در ارتباط با برق، وجود دارد: شما نمی‌توانید آن را مانند آب، همیشه، همراه خود داشته باشید!

استفاده از باتری‌ها، دقیقا در همین مرحله، آعاز شد؛ زمانی که بشر به دنبال یک راه‌حل برای ذخیره کردن برق و حمل و نقل آن بود. بیایید نگاهی به قهرمانان گم‌نام عصر مدرن بیندازیم: باتری‌ها!

باتری چیست

باتری، انرژی برق را در خود ذخیره می‌کند (البته نه به صورت الکتریسیته) آن‌ها انرژی را در پیوندهای شیمیایی ذخیره کرده و در صورت نیاز، به عنوان جریان برق، آزاد می‌کنند. در ظاهر، اصول کار این وسیله‌ها، پیچیده و سخت، به نظر می‌رسند؛ اما باور کنید که باتری‌ها از آن‌چه که شما فکر می‌کنید، بسبار ساده‌تر، عمل می‌کنند!

باطری‌ها از سلول‌های ولتایی تشکیل شده‌اند. هر باتری، از یک الکترود منفی مثبت (کاتد و آند)،  یک جدا کننده (separator) و یک محیط رسانا (الکترولیت) برای انتقال یون‌ها، ساخته شده است. کاتد در الکترولیت غوطه‌ور شده و قطب مثبت باتری را شکل می‌دهد. این درحالیست که ترکیب آند و الکترولیت، قطب یا سر منفی را می‌سازد.

نکته: برای جداسازی قطب‌های مثبت و منفی باتری، نیاز به یک جدا کننده مخصوص است. (در ادامه به این مبحث، خواهیم پرداخت)

باتری چگونه کار می‌کند؟

محیط رسانا یا همان الکترولیت، به دو انتهای باتری (کاتد و آند) اجازه می‌دهد تا در یک واکنش “Redox” با یون‌ها (اتم‌های باردار) ترکیب شوند. کاتیون‌ها (شکل تغییر یافته یون‌ها، بعد از واکنش با کاتد) به قطب منفی باتری رفته و در آن‌جا، الکترون‌ها را ذخیره می‌کنند.

از آن‌جایی که تمام کاتیون‌ها، بار الکتریکی یکسانی ندارند، ترجیح می‌دهند که از هم‌دیگر، فاصله بگیرند. طبیعی است که آن‌ها، راهی به جز رفتن به کاتد (سر مثبت باتری) ندارند! همین انتقال همیشگی اکترون‌ها از قطب منفی به قطب مثبت، منجر به ایجاد پتانسیل الکتریکی در باتری می‌شود.

باتری چگونه کار می کند

الکترون‌ها (جریان الکتریکی) در باتری محفوظ شده و به دنبال راهی برای خروج است. در این مرحله، شما یک باتری را در ماوس کامپیوتر یا تلفن همراه خود قرار می‌دهید. با این‌کار، شما به جریان الکتریکی اجازه می‌دهید که در یک مدار باز، به حرکت دربیاید. این اتفاق، در نهایت منجر به تامین برق مورد نیاز، توسط یک باتری می‎‌شود.

به همین سادگی، باتری‌ها می‌توانند الکتریسیته ذخیره شده در سلول‌های خود را در یک مدار آزاد کنند. به همین دلیل است که ساعت مچی شما، بدون باتری، کار نمی‌کند! زیرا منبعی برای تولید برق، در اختیار ندارد.

موارد استفاده باتری

تاکنون این سوال برایتان پیش نیامده که چرا نمی‌توانیم یک تلفن همراه را به صورت مستقیم به جریان برق متناوب (برق شهری) وصل کنیم؟ یا این‌که چرا برای استفاده از یک ماوس، حتما به یک باتری نیاز داریم؟ برای پاسخ دادن به این سوالات، باید با برخی از مفاهیم مهم و پایه، بیشتر آشنا شویم:

سلول: یک منبع انرژی بسیار کوچک که تنها توانایی ذخیره و تحویل انرژی مستقیم برق (DC) را دارد. اندازه این سلول‌ها بسیار کوچک است؛ به عنوان مثال، تمام سلول‌های موجود در یک ساعت مچی یا کنترل تلویزیون، در نهایت توانایی ذخیره 1.5 تا 3 ولت از جریان برق را دارند!
باتری: عملکرد باتری، دقیقا شبیه به سلول است؛ با این تفاوت که یک باطری، از تعداد بسیار زیادی سلول تشکیل شده که به صورت سری/موازی، در کنار همدیگر، قرار گرفته‌اند.

دستگاه‌های الکترونیکی قابل حمل، با جریان برق مستقیم (DC) کار می‌کنند؛ زیرا تلفات ناشی از آن، به مراتب، کمتر از جریان برق شهری است! این‌جاست که باتری‌ها به عنوان یک منبع برق DC، نقشی حیاتی و مهم را ایفا می‌کنند.

فاکتورهای مهم در تعریف یک باطری

برای آشنایی بیشتر با باتری‌ها، تنها دانستن نحوه عملکرد و نوع جریان ذخیره شده در آن‌ها، کافی نیست. در حقیقت، ما به بررسی فاکتورهای دیگری نیز نیاز داریم تا به خوبی، با این وسیله پرکاربرد، آشنا شویم.

برای تعریف ماهیت یک باطری، نیاز به آشنایی با اصطلاحات و مفاهیم زیر دارید:

  • ظرفیت (برحسب میلی آمپر)
  • درجه C
  • ولتاژ اسمی
  • ولتاژ شارژ
  • شارژ جریان
  • جریان تخلیه
  • ولتاژ قطع
  • ماندگاری

در ادامه، شما را با این اصطلاحات، بیشتر آشنا می‌کنیم:

ظرفیت باتری

انرژی ذخیره شده در باتری است که به صورت وات ساعت (Watt-hour) اندازه‌گیری می‎‎‌شود. ظرفیت یک باتری، بر اساس سه فاکتور مهم ولتاژ (V)، جریان (I) و ساعت (مدت زمان ثابت ماندن ولتاژ) تعریف می‌‌شود.

ظرفیت باتری

نکته: ظرفیت یک باتری را بر حسب Ah (آمپر) یا mAh (میلی آمپر) اندازه گیری می‌کنند.

به عنوان مثال، یک باتری با ظرفیت 2500 میلی آمپر، می‌تواند 2500 میلی آمپر جریان را به مدت یک ساعت، انتقال دهد. به عبارتی دیگر، این باتری می‌تواند 25 میلی آمپر را به مدت 100 ساعت، تامین کند.

توجه: مواردی مانند دما، مدت زمان استفاده و … می‌توانند در دراز مدت، ظرفیت باتری را کاهش دهند.

درجه C یا جریان باتری 

این فاکتور، میزان جریان برق موجود در باتری را اندازه‌گیری می‌کند. در برخی از منابع، از آن به عنوان درجه C یا C-rating نیز، نام برده می‌شود. از نظر علمی، جریان یک باتری، از تقسیم ظرفیت آن بر عدد 1000 به دست می‌آید.

به عنوان مثال، جریان یک باتری با ظرفیت 10000 میلی آمپر، برابر با 10 خواهد بود. به عبارتی دیگر، این باتری، توانایی انتقال 10 آمپر جریان را در یک ولتاژ ثابت دارد.

ولتاژ اسمی 

از آن‌جایی که ولتاژ باتری، ثابت بوده و در طول زمان تغییر نمی‌کند، به آن، ولتاژ اسمی یا nominal voltage گفته می‌شود. از آنجایی که ولتاژ ثابت است، برای محاسبه ظرفیت باتری، فقط از پارامترهای جریان و مدت زمان، استفاده می‌شود.

سایر پارامترهای باتری

علاوه بر موارد بالا، مفاهیم زیر نیز می‌توانند در تعریف یک باتری، تاثیرگذار باشند:

  • جریان شارژ:  حداکثر جریانی است که می‌توانید برای شارژ باتری، از آن استفاده کنید.
  • ولتاژ شارژ: حداکثر ولتاژی است که برای شارژ بهینه، باید به آن اعمال شود. (بهترین ولتاژ برای شارژ یک باتری، 4.2 ولت است.)
  • جریان تخلیه: مقدار جریانی است که می‌تواند از باتری گرفته شده و به مدار، تحویل داده شود.

انواع باتری

به صورت کلی، باتری‌ها را می‌توان به دو دسته زیر، تقسیم‌بندی کرد:

  • باتری‌های غیر قابل شارژ
  • باتری‌های قابل شارژ

باتری غیر قابل شارژ

این دسته از باتری‌ها را به عنوان مدل‌های اصلی نیز می‌شناسیم؛ زیرا تنها یک‌بار قابل استفاده بوده و به هیچ عنوان، دوباره شارژ نمی‌شوند. انواع زیادی از باتری‌های قابل شارژ را به صورت روزانه و در اطرافمان، مشاهده می‌کنیم:

باتری‌های قلیایی

این باتری‌ها با ترکیب روی (Zn) و دی اکسید منگنز (MnO2) ساخته می‌شوند. از آن‌جایی که الکترولیت به کار رفته در این باتری‌ها، هیدروکسید پتاسیم (potassium hydroxide) است، به آن‌ها باطری‌های قلیایی، گفته می‌شود.

باتری قلیایی

مهم‌ترین مزایای باتری‌های قلیایی، عبارتند از:

  1. سازگار با انواع دستگاه‌های قابل حمل
  2. عمر و ماندگاری بیشتر
  3. اندازه کوچک
  4. مقاومت داخلی کم
  5. نشت کم

از این باطری‌ها در انواع وسایل قابل حمل از قبیل کنترل‌های تلویزیون، ساعت‌های دیواری، اسباب بازی‌ها و … استفاده می‌شود.

باتری‌های سکه‌ای

ترکیب اصلی این باتری‌ها نیز قلیایی محسوب می‌شود؛ اما در ساخت آن‌ها، از اکسید نقره و لیتیوم هم استفاده شده است. باطری‌های سکه‌ای، در تولید ولتاژ ثابت در مقیاس‌های کوچک، فوق‌العاده کارآمد هستند.

باتری سکه ای

مهم‌ترین مزایای باتری‌های سکه‌ای عبارتند از:

  • وزن کم
  • اندازه کوچک
  • تراکم بالا
  • قیمت مناسب
  • ولتاژ اسمی بالا
  • ماندگاری طولانی

از این باتری‌ها در ساعت‌های مچی، ساعت‌های دیواری، وسایل الکترونیکی مینیاتوری و … استفاده می‌شود.

باتری‌های قابل شارژ 

این مدل‌ها، به باتری‌های ثانویه نیز مشهور هستند؛ زیرا قابلیت شارژ دوباره و استفاده مجدد را دارند. اگرچه قیمت باتری‌های قابل شارژ، از نوع غیر قابل شارژ، بسیار بیشتر است؛ اما در عوض، می‌توانید بارها و بارها، از آن‌ها استفاده نمایید.

باتری اسید- سرب (Lead-acid)

این باتری همان‌طور که از اسمش نیز مشخص است، از ترکیب اسید و سرب ساخته شده است. از مدل‌های اسید-سرب، بیشتر در وسایل نقلیه موتوری استفاده می‌شود. در مواردی که اندازه، فضا و وزن باتری مهم نیست؛ اسید-سرب، یک گزینه ایده آل محسوب می‌شود.

باتری اسید سرب

باتری‌های اسید-سرب را معمولا در ولتاژهای 2، 6، 12 و 24 ولت تولید کرده و به بازار، عرضه می‌کنند. از مزایای این محصولات، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • قیمت مناسب
  • شارژ آسان
  • توان خروجی بالا

از باتری‌های اسید-سرب معمولا در وسایل نقلیه، ماشین‌آلات سنگین، رباتیک و … استفاده می‌شود.

باتری‌های نیکل-کادمیوم (Ni-Cd)

این باتری‌ها، همان‌طور که از اسمشان نیز مشخص است، با استفاده از ترکیب نیکل و کادمیوم، ساخته می‌شوند. این روزها، استفاده از باطری نیکل-کادمیوم، به شدت کاهش یافته است؛ اما بهرحال، کماکان با توجه به قیمت مناسبی که دارند، کاربرد خود را حفظ کرده‌اند.

باتری نیکل کادمیوم

این باتری‌ها، دارای ولتاژ اسمی 1.2 ولت هستند و معمولا، به صورت سری (سه الی چهار عدد) به هم متصل می‌شوندو. مهم‌ترین مزایای باتری‌های نیکل کادمیوم، عبارتند از:

  • قیمت مناسب
  • شارژ آسان
  • قابل استفاده در تمام محیط‌ها

این باتری‌ها، در تلفن‌های بیسیم، اسباب بازی‌های RC، چراغ‌های خورشیدی و … مورد استفاده قرار می‌گیرند.

باتری نیکل متال هیدرید (Ni-Mh)

این باتری‌ها، به دلیل تاثیرات محیطی کم‌تر، نسبت به باتری‌های نیکل کادمیوم، ترجیح داده می‌شوند. ولتاژ نامی این باتری‌های نیکل متال هیدرید، 1.25 ولت بوده و به توجه به این‌که برای محیط زیست از خطر کمتری برخوردار هستند، به عنوان جانشینی برای باتری‌های قلیایی، مطرح هستند.

باتری نیکل متال هیدرید

از جمله مهم‌ترین مزایای باطری نیکل متال هیدرید، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • در همه اندازه‌های استاندارد، موجود هستند.
  • چگالی بالا
  • شارژ آسان

از مدل نیکل متال هیدرید، می‌توان در تمامی دستگاه‌هایی که باتری‌های قلیایی و نیکل کادمیوم کار می‌کنند، استفاده کرد.

باتری‌های لیتیوم یونی (Li-ion)

این مدل، جدیدترین فناوری برای ساخت باطری، محسوب شده و ماده اصلی سازنده آن، لیتیوم است. از مدل لیتیوم یون، به عنوان بهترین باتری قابل شارژ حال حاضر نام برده می‌شود. ولتاژ اسمی آن‌ها، 3.7 ولت است و در ظرفیت‌های 100 تا 1000 میلی آمپر، در بازار موجود هستند.

باتری لیتیوم یونی

مهم‌ترین مزایای باتری‌های لیتیوم-یونی عبارتند از:

  • وزن بسیار کم
  • میزان جریان بالا
  • چگالی زیاد
امروزه، بیشتر باتری‌هایی که در بازار مشاهده می‌کنید (به استثنای باتری‌های اتومبیل) به عنوان “خشک” شناخته می‌شوند؛ به این معنی که آن‌ها از یک الکترولیت خمیر استفاده می‌کنند که احتمال نشت آن، کم‌تر است. رایج‌ترین نوع باتری، مدل قابل شارژ روی/کربن است که تقریبا، در همه‌ جا، یافت می‌شود. (ساخت آن‌ها بسیار ساده بود و طبیعتا از قیمت ارزان‌تری نیز برخوردار هستند.)

انواع مدل‌های نیکل (نیکل کادمیوم یا نیکل هیدرید) هم، از محبوب‌ترین باتری‌های قابل شارژ در سراسر جهان محسوب می‌شوند. باتری‌های لیتیوم یون نیز در تلفن‌های همراه مورد استفاده قرار می‌گیرند. این باتری‌های (Lithium Ion) به نسبت سایر مدل‌ها، از قیمت گران‌تری برخوردار هستند.

باتری تلفن بیسیم پاناسونیک

تلفن‌های بیسیم، یکی از محبوب‌ترین محصولاتی هستند که برای فعالیت خود، به باتری نیاز دارند. همان‌طور که می‌دانید، استفاده از تلفن بیسیم پاناسونیک، به واسطه کیفیت و قیمت مناسبی که دارد، در ایران، به شدت افزایش یافته است. دقیقا به همین دلیل است که باتری تلفن بیسیم پاناسونیک نیز، به یکی از وسیله‌های محبوب و پرطرفدار، تبدیل شده است.

باتری تلفن بیسیم پاناسونیک

برای خرید انواع باتری پاناسونیک می‌توانید به روی شرکت ایده آل گستر به عنوان مرکز مجاز فروش محصولات مخابراتی Panasonic حساب کنید. البته قبل از هر چیز، ابتدا به مدل تلفن بیسیم خود، توجه داشته باشید؛ زیرا هر کدام از مدل‌های تلفن پاناسونیک، با یک نوع خاص از باطری‌های این شرکت، سازگاری دارند.

نکته: باتری‌های تلفن بیسیم پاناسونیک، به دو صورت اورجینال و فیک، در بازارهای داخلی موجود هستند. مشتریان عزیز ایده آل گستر، می‌توانند به هر دو مدل از این تجهیزات، دسترسی داشته باشند.

برای خرید باتری Panasonic از ایده آل گستر، می‌توانید به یکی از دو روش زیر، عمل کنید:

  1. مراجعه حضوری به یکی از شعب ایده آل گستر
  2. ورود به وب سایت رسمی ایده آل گستر و بازدید از صفحه “تجهیزات جانبی تلفن بیسیم

کلام پایانی

بدون باتری‌ها، هرگز نمی‌توانستیم کیفیت امروز زندگی بشر را تجربه کنیم. پیشرفت انسان، به شکل عجیبی، مدیون انواع باطری‌هایی است که در طول سالیان متمادی، اختراع شده و در دسترس او قرار گرفته‌اند. البته سیر تکامل این وسیله‌های حیرت‌انگیز، همچنان ادامه دارد و در آینده‌ای نزدیک، با انواع جدیدتری از باتری‌ها، مواجه خواهیم شد.

اکنون و با خواندن این مقاله، به خوبی متوجه می‌شویم که چرا به باتری‌ها، لقب قهرمان گم‌نام عصر جدید را داده‌اند. امیدواریم آن‌چه که امروز و در این مطلب به آن پرداخته شد، مورد پسند شما عزیزان و همراهان همیشگی ایده آل گستر، قرار گرفته باشد.

امتیاز شما به این پست post
اشتراک در
اطلاع از
guest

0 نظرات
تازه‌ترین
قدیمی‌ترین بیشترین رأی
بازخورد (Feedback) های اینلاین
مشاهده همه دیدگاه ها
0
افکار شما را دوست داریم، لطفا نظر دهید.x