باتري

خريد باتري‌ قلمي «ZI5» محصول برند چيني «شيائومي» (Xiaomi) است. در باتري‌هاي موجود در اين پك از تكنولوژي باتري‌ آلكالاين استفاده شده و باتري‌هاي آن مي‌توانند تا سال‌ها انرژي خود را حفظ كنند. اين باتري‌هاي 1.5 ولتي در بسته‌بندي 10 عددي عرضه مي‌شوند و رنگ‌بندي زيبا از جذابيت‌هاي پك ZI5 به شمار مي‌رود. اين رنگ‌بندي زيبا باعث مي‌شود امكان نگهداري باتري‌ها با هدف كلكسيوني وجود داشته باشد و حتي پس از مصرف هم بتوانيد از زيبايي آنها براي دكور كردن اتاق استفاده كنيد. نوع باتري‌هاي قلمي است و با استاندارد AA مطابقت دارند. باتري‌هاي آلكالاين قابليت شارژ ندارند؛ اما وجه تمايز آن‌ها با ساير باتري‌ها در ماندگاري و دوام آن‌هاست. باتري‌هاي ZI5شيائومي مي‌توانند تا سال‌ها در قفسه‌ي فروشگاه‌ها انرژي خود را حفظ كنند و آماده‌ي مصرف باشند؛ درنتيجه نگران خريد تعداد زياد اين باتري‌هاي باكيفيت و نگهداري آن‌ها در منزل براي روز مبادا نباشيد. سلول‌هاي اين باتري‌ها بدون افزايش حجم، ظرفيت بيشتري نسبت به باتري‌هاي كربني دارند و انرژي خروجي آن‌ها روندي يكنواخت و پايدار دارد. اختلاف‌پتانسيل آن‌ها 1.5 ولت است كه براي استفاده در اسباب‌بازي، ماوس و كيبورد بي‌سيم، راديوهاي كوچك و ساير تجهيزاتي كه از باتري قلمي تغذيه مي‌كنند، مناسب است. اين باتري‌ها در يك محفظه‌ي پلاستيكي مانند مداد شمعي در كنار هم قرار گرفته‌اند و براي نگهداري باتري‌ها هم مي‌توانيد از همين جعبه استفاده كنيد. باتري‌هاي پك ZI5 شيائومي به دليل رنگارنگ بودن به باتري‌هاي رنگين‌كماني معروف شده‌اند و مي‌توانند به‌عنوان دكوري خوش‌رنگ ‌و لعاب، قسمتي از ميز كار شما را به خود اختصاص دهند.

توجه داشته باشيد كه براي اطلاعات بيشتر مي‌توانيد به بخش خريد باتري قابل شارژ مراجعه كنيد.

از اين باتري‌ها براي مقاصد زير استفاده مي‌شود:

1. باتري‌هاي نيروگاهي (GROE-OGI-OPZS-FNC)
2. باتري‌هاي آنتن‌هاي مخابراتي باتري‌هاي مخابراتي NET Power-power
3. باتري‌هاي مورد استفاده در سامانه‌هاي ريلي و مترو
4. باتري‌هاي مورد استفاده در پروژه‌هاي نفت، گاز و پتروشيمي (FNC)
5. باتري‌هاي خورشيدي (Solar.bloc)
6. باتري‌هاي مورد استفاده در ups
7. باتري‌هاي منابع تغذيه (SLA - VRLA)
8. باتري‌هاي اتومبيل، ليفتراك و موتورسيكلت
9. باتري‌هاي سامانه‌هاي حفاظتي، روشنايي، امنيتي و سامانه‌هاي كنترل

اين باتري ها پس از دشارژ، با عبور جريان در جهت مخالف جريان دشارژ، به صورت الكتريكي قابل شارژ مي‌باشند و با نام باتري هاي ذخيره يا خريد باتري شارژي نيز شناخته مي‌شوند، عمر اين باتري بيشتر از ۵ سال است و بارها مي‌توان آن‌ها را شارژ و دشارژ كرد.

۱ – كاربردهايي كه به دليل صرفه اقتصادي و نياز به توان بالاتر از توان باتري غيرقابل شارژ، باتري هاي شارژي مورد استفاده قرار مي‌گيرند. در اين موارد هر چند امكان استفاده از باتريهاي غيرقابل شارژ نيز وجود دارد ولي هزينه زياد، كارايي كم و آلودگي محيط زيست را در پي خواهد داشت.

۲ – كاربردهايي كه در آن‌ها از باتري هاي قابل شارژ به عنوان وسيله ذخيره انرژي استفاده مي‌شود و باتري ها توسط يك منبع انرژي اوليه شارژ و در هنگام نياز انرژي ذخيره شده را به بار تحويل مي‌دهند. در اين حالت باتري هميشه توسط يك شارژر در زير شارژر قرار گرفته و در مواقع قطع برق انرژي مورد نياز مصرف‌كننده را تأمين مي‌كند، باتري منبع تغذيه بدون وقفه و باتري اتومبيل، ليفتراك و موتورسيكلت نمونه‌اي از اين كاربرد مي‌باشد.

باتريهاي قابل شارژ را مي‌توان به دو دسته كلي اسيدي و بازي تقسيم‌بندي نمود كه هر كدام براساس جنس الكترودهاي مثبت و منفي به انواع گوناگون تقسيم‌بندي مي‌شوند. براي كاربردهاي صنعتي ساكن در اكثر موارد از باتريهاي نيكل–كادميوم (بازي) و براي كاربردهاي كه در آن لرزش وجود دارد معمولاً از باتري سرب – اسيد استفاده مي‌گردد. از ويژگي‌هاي باتريهاي قابل شارژ علاوه بر قابليت شارژ مجدد، توان بالا، نرخ دشارژ سريع و مشخصه عملكرد بهتر دماي پائين مي‌باشد. باتري نيكل - كادميوم را معمولاً در Battery room يا باتري خانه نگهداري مي‌كنند.

توان الكتريكي باتري

تواني كه هر باتري بر حسب وات فراهم مي‌كند، برابر حاصل‌ضرب ولتاژ آن (بر حسب ولت) در حداكثر جريان مجاز آن (برحسب آمپر) مي‌باشد. در كاربردهايي با توان بالا از جمله راه اندازه موتور خودرو، ميزان توان‌هاي تأمين شده در فواصل زماني كوتاه به بيش از ۱۰۰۰ وات مي‌رسد. در كاربرد كم توان در وسايل الكترونيكي ظريف، مانند سمعك‌ها و ساعت‌هاي رايانه‌اي، اندازه توان‌هاي فراهم شده نزديك چند ميلي وات است.

خطر و نقص باتري

خطرها و نقص‌هاي مربوط به باتري عبارتند از:

• انفجار
• نشتي
• ملاحظات زيست‌محيطي

انفجار

پديده انفجار باتري عموماً ناشي از عدم كاربرد يا كاركرد صحيح باتري است. به عنوان مثال تلاش براي شارژ نمودن مجدد باتري هاي يك بار مصرف يا غيرقابل شارژ، مي‌تواند باعث انفجار اين منبع انرژي الكتريكي شود.

نشتي

در بعضي از باتري ها از مقوا، فلز روي و مواد شيميايي استفاده مي‌شود. واكنش شيميايي درون باتري در مدت زمان طولاني، باعث خروج و نشت مواد شيميايي داخل خريد باتري به بيرون شده و ايجاد خوردگي شيميايي در قطعات فلزي دستگاه‌ها كه اطراف باتري قرار دارند مي‌نمايد.

ملاحظات زيستگاهي

افزايش بهره‌گيري از خريد باتري ها و كاربردهاي گسترده آن افزايش زباله‌هاي صنعتي و زيستگاهي تازه اين كالا را به همراه داشته‌است. آفرينندگان باتري از مواد شيميايي هراس ناك براي پيدايش كارايي بهتر باتري هاي ساخته شده خود سود مي‌جويند. پسمان‌هاي انباره مايه بالا رفتن آلودگي زيستگاهي به زهرهاي كشنده فلزي باتري ها شده‌است البته امروزه انسان‌هاي زيادي در تلاش بوده تا اين خطرات را (براي مثال با ساخت باتري هاي چندبار مصرف كه باعث كاهش زباله‌هايي از اين قبيل مي‌شود) كاهش دهند.

نخستين باتري تاريخ

پيل الكتريكي در ايران باستان در فاصله سال‌هاي ۲۵۰ ق. م تا ۲۲۴ پ. م در تيسفون ساخته شد. اين باتري ها به باتري‌هاي بغداد و پيل الكتريكي مشهورند. شركت جنرال الكتريك اين باتري ها را با روش تاريخ‌گذاري راديوكربن (به انگليسي: Radiocarbon dating) شبيه‌سازي كرده‌است. معلوم شده‌است كه قدمت اين پيل‌ها به ۲۰۰ سال پيش از ميلاد مي‌رسد. اين پيل‌ها داراي بدنهٔ بيروني از جنس ارتن ور بوده كه حاوي ميله‌اي آهني است و به وسيلهٔ بخشي از بدنهٔ مسي (ميلهٔ آهني درون استوانهٔ مسي) ايزوله شده‌است. زماني كه درون محفظه با محلولي الكتروليت مانند آبليمو پر شود، اين وسيله جريان الكتريكي خفيفي توليد مي‌كند. اين احتمال وجود دارد كه اين وسيله براي آبكاري الكتريكي جواهر به كار مي‌رفته‌است.

در سال ۱۳۱۷ خورشيدي برابر با ۱۹۳۸ ميلادي، باستان‌شناس آلماني ويلهلم كونيك و همكارانش ابزارهايي را در نزديكي تيسفون پايتخت ايران در دوران اشكانيان يافتند. پس از بررسي معلوم شد كه اين ابزارها پيل‌هاي الكتريكي هستند كه در دوره تاريخي ايران اشكاني ساخته شده و به كار برده مي‌شده‌اند. او اين پيل‌هاي تيسفون را باتري پارتي ناميد كه امروزه با نام‌هاي ديگر همچون خريد باتري پارتيان يا پيل اشكاني هم مشهورند. او در مقاله‌اي اين مطلب را منتشر كرد و از اين وسيله با عنوان باتري باستاني ياد كرد كه براي آبكاري الكتريكي و انتقال لايه‌اي از طلا يا نقره از سطحي به سطح ديگر به كار مي‌رفته‌است.^[۱]

اين اكتشاف مربوط به دوره تاريخي سلسله اشكانيان، تاحدي موجب شگفتي است. حتي برخي از دانشمندان اروپايي و آمريكايي اين باتري را به موجودات فضايي افسانه‌اي و احتمالاً ساكنان فرا هوشمند سيارات ديگر كه تصور مي‌شود با بشقاب‌هاي پرنده و كشتي‌هاي فضايي به زمين آمده بودند، نسبت دادند، و آن را فراتر از دانش انديشمندان و پژوهشگران آن دوران دانستند. براي ايشان پذيرفتني نبود كه دانش ايرانيان در ۱۵۰۰ سال پيش از گالواي ايتاليايي(۱۷۸۶ ميلادي) كه پيل الكتريكي را اختراع نمود تا به اين حد بالا باشد.^[۱]

به احتمال زياد، ساكنان بين‌النهرين از اين پيل‌هاي الكتريكي جريان برق توليد مي‌كردند و از آن براي آبكاري اشياء زينتي سود مي‌جستند. اما در پهنه دريانوردي منطقه خاورميانه از اين اختراع جهت آبكاري ابزارهاي آهني در كشتي و جلوگيري از زنگ زدن و تخريب آن‌ها استفاده مي‌كردند.^[۱]

اين تئوري بعدها توسط دانشمندان ديگري به بوته آزمايش سپرده شد. ويلارد گري، مهندس برق شركت جنرال الكتريك در ايالت ماساچوست، پس از مطالعهٔ مقالهٔ كونيگ تصميم گرفت باتري بغداد را بازسازي كند. وي درون كوزهٔ سفالين را با آب انگور، سركه يا محلول سولفات مس پر كرد و موفق به توليد ولتاژ حدود ۱٫۵ تا ۲ ولت شد. بعدها دكتر اگبرشت، مصرشناس مشهور در سال ۱۹۷۸ نمونه‌اي از باتريهاي بغداد را بازسازي كرد و آن را با آب انگور پر نمود و توانست ولتاژ ۰٫۸۷ ولت توليد كند. وي از اين پيلها براي طلاكاري يك پيكرهٔ نقره‌اي استفاده كرد. نمونه‌هاي بيشتري از اين باتري‌هاي باستاني در سال ۱۹۹۹ توسط دانشجويان دكتر Marjorie Senechal، استاد رياضيات و تاريخ علم در Smith College ماساچوست، ساخته شد. آن‌ها با پر كردن كوزهٔ آن با سركه قادر به توليد ولتاژ ۱٫۱ ولت بودند. علاوه بر تئوري استفاده از اين باتريها براي آبكاري الكتريكي فلزها، تئوري‌هاي ديگري مبني بر استفادهٔ پزشكي يا موارد ديگر داده شده اند

باتري يا پيل الكتريكي (ولتاييك) منبعي از انرژي پتانسيل الكتريكي است كه در درون آن با انجام واكنش‌هاي شيميايي، انرژي شيميايي به انرژي الكتريكي تبديل مي‌شود، اين انرژي در قطب‌هاي باتري قابل دريافت است. انرژي قابل دريافت در قطب‌هاي باتري به ازاي يكاي بار الكتريكي را نيروي محركه الكتريكي (Electromotive force يا emf) باتري مي‌گويند و آن را با يكاي ولت اندازه‌گيري مي‌كنند. قطب مثبت باتري را كاتد و قطب منفي آن را آند مي‌نامند. (در فرهنگ عاميانه به قطب‌ها، سر مثبت و سر منفي نيز گفته مي‌شود).

كاركرد باتري

معمولاً هر باتري از يك ياچند سلول كوچك داخلي تشكيل شده‌است، در باتري‌ها ممكن است سلول‌ها براي افزايش جريان با هم موازي شده يا براي افزايش ولتاژ با هم سري شوند، هر سلول شامل دو نيم سلول است كه به صورت سري توسط ماده‌اي الكتروليت -شامل يون‌هاي مثبت و يون‌هاي منفي - كه رساناي الكتريكي مي‌باشد به هم متصل‌اند. با اتصال باتري به مصرف‌كننده يون‌هاي منفي از طريق سيم هادي به مصرف‌كننده وارد شده و بعد از ايجاد انرژي در آن (انرژي گرمايي بر اثر عبور از يك مقاومت يا انرژي جنبشي بر اثر القا يا انرژي نور بر اثر پرتاب و…) به سمت يون‌هاي مثبت حركت مي‌كنند و به تدريج يون‌هاي مثبت (كه در اينجا حفره‌ها هستند) را خنثي مي‌كنند. با گذشت زمان يون‌هاي مثبت بيشتري خنثي شده و به تدريج انرژي باتري كم شده و مقاومت داخلي آن افزايش مي‌باشد در اين حالت بعد از گذشت مدت زماني كه معمولاً با آمپر ساعت باتري مشخص مي‌شود باتري به صورت كامل تخليه مي‌شود. مثلاً يك باتري ۶۰ آمپر ساعت مي‌تواند ۶۰ آمپر را تا يك ساعت تأمين كند، اين باتري بعد از گذشت يك ساعت و با كشيدن جريان ۶۰ آمپر از ان به صورت كامل تخليه مي‌شود. با كاهش جريان دريافتي از باتري مي‌توان مدت زمان كارايي آن را افزايش داد، در اين حالت بايد پارامترهاي مانند دما، لزرش و مقدار تنش موجود در جريان را نيز در زمان نهايي لحاظ كرد. به عنوان مثال باتري ۶۰ آمپر ساعتي در حالت تئوري بايد جريان ۲۰ آمپر را براي مدت زمان ۳ ساعت تأمين كند در حالي كه با توجه به ساختار باتري و همچنين دماي محيط ممكن است اين زمان تا نيم ساعت نيز كاهش يابد.

تقسيم‌بندي باتري‌ها

بر اساس شرايط محيطي و شرايط الكتريكي مورد استفاده بايستي از باتري‌هاي متفاوت استفاده كرد كه داراي مشخصات گوناگون تحت شرايط دشارژ مي‌باشند انواع باتري از نظر كاربرد عبارت اند از:

• باتري‌هاي خورشيدي كه شارژ آن‌ها تابع قوانين خاص است.
• باتري‌هاي مورد استفاده در. ups و لپ‌تاپ و موبايل كه توانايي تأمين يك جريان ثابت براي مدت زمان طولاني را دارند.
• باتري‌هاي اتومبيل، ليفتراك و موتورسيكلت كه مي‌توانند جريان زيادي را در مدت زمان كوتاه جهت استارت تأمين كنند.
• باتري‌هاي سامانه‌هاي حفاظتي، روشنايي، امنيتي و سامانه‌هاي كنترل كه بايد داراي عمر و پايداري بالايي باشند.
• باتري‌هاي قلمي و نيم قلمي و…(باتري كه براي مصارف عمومي ساخته شده‌اند) اين باتري‌ها بايد ارزان باشند.
• باتري‌ها سكه‌اي و باتري‌هاي پشتيبان كه مي‌توانند جريان كمي را براي مدت زمان خيلي طولاني تأمين كنند.
• و…

بطور كلي باتري‌ها به دو دسته قابل شارژ و غيرقابل شارژ تقسيم‌بندي مي‌شوند.

باتري‌هاي شارژ نشدني (يك بار مصرف)

اين باتري‌ها قادر به شارژ الكتريكي نبوده و يكبار استفاده و شارژ مي‌شوند. باتري‌هاي غيرقابل شارژ، سلولهاي خشك (باتري خشك) نيز ناميده مي‌شوند. در باتري خشك معمولي، بر اثر واكنش ماده آند (قطب مثبت) (عنصر Zinc يا Alkaline يا Lithium يا Silver)و ماده كاتد (قطب منفي) (عنصر carbon يا chloride يا copper oxide يا iron disulfide يا manganese dioxide) با الكتروليتي كه محيط بين آند و كاتد را دربر گرفته‌است، انرژي شيميايي به انرژي الكتريكي تبديل مي‌شود. اساس نام‌گذاري باتري با نام‌هاي همچون باتري ليتيوم (Lithium) يا باتري Alkaline يا … به دليل عناصر استفاده در ساخت آن‌ها مي‌باشد. در جدول زير توضيحات بيشتر ي آورده شده‌است: