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 نگه داشته‌اند. 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؟ 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 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:

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.

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 و 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

استفاده از باتری‌ها، دقیقا در همین مرحله، آغاز 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، 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!

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.

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:

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.

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.

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.
• 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.

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.

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.

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 به‌هرحال با توجه به قیمت مناسبی که دارند، کاربرد خود را حفظ کرده‌اند.

این باتری‌ها، دارای ولتاژ اسمی 1.2 ولت هستند و معمولا، به صورت سری (سه الی چهار عدد) به هم متصل می‌شوند و 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 با توجه به اینکه برای محیط زیست از خطر کمتری برخوردار هستند، به عنوان جانشینی برای باتری‌های قلیایی، مطرح هستند.

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.

مهم‌ترین مزایای باتری‌های لیتیوم-یونی عبارتند از:

• وزن بسیار کم
• میزان جریان بالا
• چگالی زیاد

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 در ایران، به واسطه کیفیت و قیمت مناسبی که دارد به شدت افزایش یافته است. دقیقا به همین دلیل است که باطری تلفن بیسیم پاناسونیک نیز، به یکی از وسیله‌های محبوب و پرطرفدار، تبدیل شده است.

برای خرید انواع باتری پاناسونیک می‌توانید 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.

برای تهیه 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 خرید آنلاین 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 باتری‌هایی 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.

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.