توضیحات تکمیلی
اگر به اطراف خود نگاه کنیم، می‌بینیم که دسته‌ای از باتری تقریباً در هر وسیله‌ای که در آن قرار دارد، مخفی شده است، ساعت دیواری، تلفن‌های همراه، لپ تاپ، ساعت، ماشین حساب، اینورتر، سشوار، اسباب بازی و بسیاری موارد دیگر. باتری‌ها با جدا کردن آن‌ها از منبع برق، دستگاه‌ها را به صورت قابل حمل تبدیل می‌کنند. باتری‌های امروز عمر طولانی دارند و از ظرفیت ذخیره انرژی بالایی برخوردار هستند. بانک‌های قدرت قابل حمل برای سفر‌های طولانی به گزینه‌های ضروری تبدیل شده اند. باتری‌ها در اندازه‌ها و شکل‌های مختلفی مانند دکمه، مسطح، گرد و منشوری ارائه می‌شوند. باتری‌ها هم غیر قابل شارژ و هم قابل شارژ هستند که باتری‌های ثانویه خوانده می‌شوند. در حالی که باتری‌های اولیه را نمی‌توان یک بار بیشتر شارژ کرد، باتری‌های ثانویه را می‌توان دوباره و دوباره شارژ نمود. با این وجود باتری‌های اولیه ارزان، جمع و جور، آسان برای استفاده هستند و نسبت به باتری‌های ثانویه عمر طولانی تری دارند.
از آنجا که باتری‌ها در اندازه‌های مختلف، مواد شیمیایی مورد استفاده و اشکال مختلف عرضه می‌شوند، این اسامی با نامگذاری خاصی توسط موسسات IEC و ANSI فراهم شده اند تا مشخصات آن‌ها را مطابق نیاز ما درک کنند. به عنوان مثال، یکرا در شکل زیر در نظر بگیرید.
همانطور که می‌بینیم روی باتری عبارت AA LR۶، ۱.۵V نوشته شده است حالا بگذارید بفهمیم که این نام یا کد چیست:
LR۶ در اینجا کد استاندارد IEC است، زیرا L مخفف سیستم سری الکتروشیمیایی است یعنی برای باتری قلیایی (آلکالاین) / MnO۲ و R۶ مخفف ابعاد فیزیکی است. پیکربندی R۶ به معنی باتری R گرد با حداکثر ارتفاع کلی ۵۰.۵ میلی متر و حداکثر قطر ۱۴.۵ میلی متر است.
AA یک نام برای باتری‌های پیکربندی LR۶ برای ANSI است.
مثال دیگری از باطری دکمه‌ای را در شکل زیر در نظر بگیرید
?
باتری دکمه‌ای
این می‌گوید CR۲۰۲۵. این کد IEC است که در آن C مخفف سیستم لیتیوم R برای استوانه گرد ۲۰ به معنای قطر ۲۰ میلی متر و ۲۵ نشان دهنده ارتفاع ۲.۵ میلی متر است.انواع باتری۱) باتری‌های غیر قابل شارژ (یک بار مصرف)?۲) باتری‌های قابل شارژ?باتری‌های غیر قابل شارژ (یک بار مصرف):این باتری‌ها قادر به شارژ الکتریکی نبوده و یکبار استفاده و دشارژ 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 در بر گرفته است، انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود. اساس نام گذاری باتری با نام‌های همچون باتری Lithium یا باتری Alkaline یا ... به دلیل عناصر استفاده در ساخت آن‌ها می‌باشد.هر باتری یک مقاومت داخلی R دارد و اختلاف پتانسیل بین قطب‌های باتری V، زمانی که جریان I از آن می‌گذرد، برابر V=Eemf – IxR می‌باشد. فرایند تبدیل انرژی در باتری باعث افزایش مقاومت الکتریکی داخلی آن می‌شود و این حالت تا آنجا پیش می‌رود که نیروی محرکه دیگر توانایی غلبه بر آن را ندارد. افزایش مقاومت الکتریکی در باتری به دلیل نفوذ ماده کاتد (منفی) به داخل ماده آند رخ می‌دهد. در برخی از مواقع می‌توان با گرم و سرد کردن باتری (انداختن در آب جوش و منقبض و منبسط کردن باتری) یا زدن ضربه، مسیر‌های جدیدی را برای عبور جریان ایجا کرده و مقاومت R را تاحدودی کم کرد. در باتری فرسوده مقاومت داخلی به قدری زیاد است که با عبور جریان، ولتاژ دو سر باتری به سرعت افت می‌کند و باتری قابلیت تأمین انرژی الکتریکی مفید را ندارد.باتری قابل شارژ:به انگلیسی Rechargeable battery گروهی از پیل‌های الکتروشیمیایی هستند که از لحاظ الکتریکی قابلیت شارژ مجدد را دارند. این گونه در اندازه‌های مختلف و با ترکیبات مختلف شیمیایی وجود دارد. باتری‌های قابل شارژ می‌توانند از لحاظ زیست محیطی و مسائل اقتصادی سودمند باشند. ساخت این باتری‌ها می‌تواند به کاهش زباله‌هایی که توسط باتری‌های یک بار مصرف ایجاد می‌شود، کمک کند.از این باتری‌ها برای مقاصد زیر استفاده می‌شود:باتری‌های نیروگاهی GROE-OGI-OPZS-FNC
باتری‌های آنتن‌های مخابراتی باتری‌های مخابراتی NET Power-power
باتری‌های مورد استفاده در سامانه‌های ریلی و مترو
باتری‌های مورد استفاده در پروژه‌های نفت، گاز و پتروشیمی FNC
باتری‌های خورشیدی Solar.bloc
باتری‌های مورد استفاده در ups
باتری‌های منابع تغذیه SLA - VRLA
باتری‌های اتومبیل، لیفتراک و موتورسیکلت
باتری‌های سامانه‌های حفاظتی، روشنایی، امنیتی و سامانه‌های کنترل
این باتری‌ها پس از دشارژ، با عبور جریان در جهت مخالف جریان دشارژ، بصورت الکتریکی قابل شارژ می‌باشند و با نام باتری‌های ذخیره یا باتری شارژی نیز شناخته می‌شوند، عمر این باتری بیشتر از ۵ سال است و بار‌ها می‌توان آن‌ها را شارژ و دشارژ کرد.انواع باتری‌های قابل شارژباتری‌های قابل شارژ را می‌توان به دو دسته کلی اسیدی و بازی تقسیم بندی نمود که هر کدام براساس جنس الکترود‌های مثبت و منفی به انواع گوناگون تقسیم بندی می‌شوند. برای کاربرد‌های صنعتی ساکن در اکثر موارد از باتری‌های نیکل کادمیوم (بازی) و برای کاربرد‌های که در آن لرزش وجود دارد معمولا از باتری سرب - اسید استفاده می‌گردد. از ویژگی‌های باتری‌های قابل شارژ علاوه بر قابلیت شارژ مجدد، توان بالا، نرخ دشارژ سریع و مشخصه عملکرد بهتر دمای پائین می‌باشد. باتری نیکل - کادمیوم را معمولا در Battery room یا باتری خانه نگهداری می‌کنند.
باتری‌های قابل شارژ از سلول‌های الکتروشیمیایی تشکیل شده اند که بنا به مصارف مورد نیاز و هزینه، از مواد مختلفی تشکیل شده اند که به طور کلی عبارتند از:باتری‌های های نیکل ترکیب فلز (NiMH):ابتدا در سال ۱۹۹۰ معرفی شدند. هیدرواکسید فلز به عنوان محصول فرآیند شارژ تولید شده است. چگالی انرژی در حدود ۵۰ درصد بیشتر از باتری‌های NiCad است. به سرعت از باتری‌های نیکل کادمیم در صنعت محاسبه سیار (پرتابل) پیشی گرفتند. تنها تفاوت آن‌ها با باتری‌های NiCd در جنس الکترود منفی است، که در آن از آلیاژ آهن با قابلیت ذخیره مقدار زیادی الکترون استفاده شده است.باتری‌های نیکل کادمیوم (NiCd):این باتری‌ها در ابتدا انرژی مورد نیاز وسایل همراه مانند دوربین، لب تاپ و تلفن‌های همراه را تامین می‌کردند. تا سال ۱۹۹۲ استاندارد صنعت برای کامپیوتر‌های همراه بود. باتری‌های نیکل کادمیم به صورت مجازی با باتری‌های NiMH و Li-ion جایگزین شدند. باتری‌های نیکل کادمیم دارای حافظه هستند که باعث می‌شود بهره آن‌ها به بالاترین حد ممکن نرسد. باتری‌های نیکل کادمیم در صورتی که به درستی از بین نروند باعث آلودگی محیط زیست می‌شوند. قیمت پایین و قابلیت توان بالای این باتری‌ها آن‌ها را به بهترین گزینه برای وسایل همراه دارای موتور مانند ابزار‌های قدرتی تبدیل کرده است. از هیدرواکسید نیکل و کادمیم برای الکترود و هیدرواکسید پتاسیم به عنوان الکترولیت استفاده می‌کنند.باتری‌های لیتیوم - یون (Li-ion):در مقایسه با وزن آن‌ها توان بسیار بالایی دارند.
در لب تاپ‌ها و تلفن‌های همراه مدرن به کار برده شده است.
هم اکنون بازار را از دست باتری‌های NiMH ربوده است.
از لایه‌های ورق آلومینیوم که با اکسید کبالت پوشیده شده است و به عنوان کاتد عمل می‌کند، ساخته شده است و از لایه‌های مس پوشیده شده با مواد کربنی به عنوان آند استفاده می‌کند.
غشای کاتد و آند با لایه‌ای از پلاستیک از همدیگر مجزا شده اند و در حالی که به همدیگر پیچیده شده اند در الکترولیت مایع که محیطی از لیتیوم است، غوطه ور شده اند.
این باتری‌های به همان میزان باتری‌های NiMH انرژی تولید می‌کنند، ولی با این تفاوت که ۴۰ درصد از آن‌ها و کوچکتر هستند، نصف آن‌ها وزن دارند، و برای محیط زیست سالم‌تر هستند، زیرا آن‌ها شامل مواد سمی مانند و کادمیوم و جیوه نیستند.
این باتری‌ها در حال حاضر از باتری‌های NiMH گران‌تر هستند.
در رابطه با شارژ باتری‌های Li-ion نکات ایمنی باید رعایت شود به این صورت که تنها باید با از شارژ‌های مخصوص هر باتری از این نوع برای شارژ آن استفاده کرد.باتری‌های زینک - هوا (Zinc-air)؛ یک الکترود از هوا است:این باتری‌ها از مرحله تحقیق و توسعه (D&R) گذشته و و هم اکنون در مراحل اولیه تجاری شدن قرار دارند. تفاوت باتری‌های زینک - هوا با سایر باتری‌های قابل شارژ به این دلیل است که این باتری‌ها اکسیژن مورد نیاز برای فرآیند‌های شیمیایی که منجر به تولید الکتریسیته می‌شود را مستقیما از هوا استخراج می‌کنند. الکترود هوا در این باتری ها، در طی فرایند دشارژ (مصرف) اکسیژن را برای تولید جریان الکتریکی جذب می‌کند و طی فرآیند شارژ باتری اکسیژن را پس می‌دهد. از آنجایی که در هنگام تخلیه باتری از راه مصرف آن اکسیژن به داخل سلول آورده می‌شود نیازی به استفاده از اکسید کننده‌های سنگین فلزی نیست. زمان مفید استفاده در این باتری‌های نسبت به سایر انواع باتری‌ها بسیار بهبود یافته است و دارای چگالی انرژی بالا، توان خروجی بالا، و کمترین زمان شارژ در بین همه باتری‌ها هستند. توسط باتری زینک - هوا می‌توان انرژی مورد نیاز یک لب تاپ را برای مدت ۸ ساعت تامین کرد.باتری‌های سرب اسید (Lead- acid):این نوع باتری‌ها همان باتری‌های استفاده شده در اتومبیل‌ها هستند فلزسرب در محلول اسید با عث واکنش شیمیایی شده وتولید جریان الکتریکی می‌کند که دیگر مصارف آن در استارت ماشین، دستگاه‌های قابل حمل، وسایل نقلیه سبک (مانند ویرچر‌های چرخ دار برقی، کارت‌های گلف، دوچرخه برقی، و جرثقیل‌های سیار)، ابزار‌ها و نیز دستگاه‌های تغذیه UPS، استفاده می‌شود.
سلول‌های اولیه یا باتری‌های اولیه<br/>
این باتری‌ها را نمی‌توان شارژ کرد. از مزایای سلول‌های اولیه، اندازه و در دسترس بودن، کم بودن حجمشان در اشکال مختلف مانند استوانه‌ای، دکمه‌ای، مستطیلی و منشوری است و این‌ها دارای چگالی بالا، ماندگاری طولانی، سطح پایین تخلیه و قابلیت حمل هستند. تعداد بی شماری ازکاربرد‌های آن شامل ساعت، دستگاه‌های پزشکی، رادیو و سایر دستگاه‌های ارتباطی، برنامه‌های نانو، تراشه‌های حافظه و موارد دیگر است.
?
باتری کربن روی<br/>
اگر سلول اولیه حاوی الکترولیت مایع نباشد، آن را “سلول خشک” می‌نامند. یک سلول خشک حاوی الکترولیت خمیر مرطوب شده است. شکل بالا سطح مقطع باتری کربن روی را نشان می‌دهد.
برخی از انواع مختلف باتری‌های اولیه و کاربرد‌های آن‌ها در زیر مورد بحث قرار گرفته است:
سلول یا باتری روی- کربن / قلیایی (آلکالاین) / MnO۲
یکی از اولین شکل سلول‌های خشک یعنی سلول‌های کربن روی یا لکلانش تقریباً یک قرن است که مورد استفاده قرار گرفته است. اما اکنون آن‌ها از رده خارج شده اند و با استفاده تجاری از باتری‌های اولیه جدید مانند قلیایی (آلکالاین) / MnO۲ به عنوان کاتدی که از ظرفیت و چگالی انرژی بالاتر و ماندگاری بیشتر برخوردار اند جایگزین شده اند
باتری‌های اکسید جیوه‌ای [۱]استفاده از باتری‌های اکسید جیوه به دلیل پیامد‌های خطرناک جیوه بر محیط بسیار محدود است. این باتری‌ها به عنوان آند از جنس روی / کادمیوم و اکسید جیوه به عنوان کاتد ساخته می‌شوند. به شکل استوانه‌ای و دکمه‌های تخت کوچک ارائه می‌شود. مصارفی به عنوان منبع کم انرژی در ماشین حساب‌ها، رادیو‌های قابل حمل، ساعت، دوربین و ... دارند.
باتری‌های اکسید نقره‌ای روی [۲]در طراحی با باتری‌های جیوه‌ای مشابه هستند، اما از چگالی انرژی بالاتری برخوردار هستند. در دما‌های پایین بهتر کار می‌کند. به طور عمده به عنوان باتری دکمه‌ای استفاده می‌شود و در تجهیزات عکاسی، ساعت الکترونیکی، سمعک و ... کاربرد دارد.
باتری‌های هوا روی [۳]باتری‌های فلزی هوا به دلیل چگالی بالای انرژی در صنعت باتری مورد توجه قرار گرفته اند. همچنین، هیچ کاتد فعالی لازم نیست. با این حال، ماندگاری ضعیف و حساسیت آن نسبت به عوامل خارجی مانند دما، رطوبت و ... باعث کاهش استفاده از آن می‌شود. کاربرد‌های آن در کاربرد‌های الکترونیک، سیگنالینگ و پیمایش است.
باتری‌های لیتیوم
از مزایای باتری‌های لیتیوم بالاترین چگالی انرژی، ماندگاری طولانی است و می‌توان آن را در طیف وسیعی از دما استفاده کرد. کاربرد‌های آن شامل دوربین، ساعت، ماشین حساب و دیگر وسایل‌های کم مصرف است.
باتری‌های ثانویه
این باتری‌ها یک بار تخلیه می‌شوند دوباره و دوباره با برق شارژ می‌شوند. به عنوان مثال شارژ باتری موبایل یا لپ تاپ. امروزه باتری‌های ثانویه یا قابل شارژ همه جا هستند. این‌ها به عنوان منبع تغذیه آماده به کار در UPS، اینورتر‌ها و منابع انرژی ثابت از یک طرف و همچنین به عنوان منبع اصلی کاربرد‌های بی شماری از قبیل موبایل، لپ تاپ، چراغ قوه، لامپ‌های اضطراری و ... استفاده می‌شوند.
برخی از انواع باتری‌های قابل شارژ و کاربرد‌های آن‌ها را می‌توان در زیر مورد بحث قرار داد:
?
باتری‌های سربی اسیدی
این باتری‌ها معمولاً در اینورتر‌ها، وسایل نقلیه الکتریکی، موتور‌های احتراقی، برق اضطراری و کاربرد‌های باتری خورشیدی استفاده می‌شوند. این نوع باطری‌ها حدود ۴۰ تا ۴۵ درصد از فروش باتری در سراسر جهان را تشکیل می‌دهند. در زیر برخی از انواع باتری‌های اسید سربی بر اساس ساختار و کاربرد آورده شده است:
باتری استارت
این‌ها برای استارت موتور‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند، زیرا جریان‌های لحظه‌ای بزرگی را برای مدت زمانی کوتاه فراهم می‌کنند. دارای میزان نزخ تخلیه آهسته‌ای هستند. کاربرد هایشان در هواپیما، کشتی، وسایل نقلیه موتور دیزلی و ... است.
باتری چرخه عمیق
برخلاف باتری‌های ثابت که تخلیه آن‌ها بسیار کم است، باتری‌های چرخه عمیق قبل از شارژ شدن تا ۸۰ ٪ تخلیه کامل می‌شند. سه نوع باتری با چرخه عمیق وجود دارد که عبارتند از: نوع flooded، نوع الکترولیت ژل [۴]و سیلد AGM کاربرد‌های آن در کامیون‌های صنعتی، چرخ دستی‌های گلف، وسایل نقلیه برقی، اتومبیل‌های معدن و ... است.
باتری‌های زیر دریایی
در زیردریایی‌ها استفاده می‌شود. تخلیه آن بین باتری‌های چرخه عمیق و باطری‌های استارت، حدود ۵۰ ٪ است.
باتری‌های ثابت
این شامل باتری‌های نوع ذخیره انرژی است که در UPS، اینورتر‌ها و باتری‌های خورشیدی و ... مورد استفاده قرار می‌گیرد.
باتری‌های نیکل / کادمیوم [۵]Ni-Cd))
مهمترین مزیت باتری‌های نیکل-کادمیوم قابلیت اطمینان و ماندگاری طولانی است. این‌ها به عنوان باتری یدکی، به عنوان استارت‌های صنعتی، کاربرد‌های خورشیدی فتوولتائیک و ... استفاده می‌شوند.
باتری‌های نیکل فلزی هیدرید [۶]NiMH
ظرفیت باتری NiMH بالاتر از نوع Ni-Cd است و نزدیک به باتری‌های Li-ion است.
باتری‌های لیتیوم-یون
این باتری‌ها به دلیل داشتن شارژ زیاد، چگالی انرژی بالا، ماندگاری طولانی، جریان تخلیه کم و کم هزینه بودن، در صنعت مدرن الکترونیک قابل حمل، عمدتاً لپ تاپ‌ها و موبایل‌ها به عنوان منبع اصلی انرژی مسلط شده اند. کاربرد‌های آن شامل لپ تاپ، رادیو، تلفن همراه، کاربرد‌های هواپیمای، باتری خورشیدی، وسایل نقلیه برقی، ردیاب‌های معدن و ... است.
باتری رزرو
این باتری‌ها بیشتر در کاربرد‌های نظامی مورد استفاده قرار می‌گیرند تا منبع تغذیه‌ای بالا برای مدت کوتاهی برای موشک‌ها، اژدر‌ها، پرتابه‌ها و ... فراهم شود. این باطری‌ها برای مدت زمان طولانی و در شرایط سخت محیطی در شرایط غیرفعال و رزرو می‌توانند بمانند. برای نگهداری طولانی مدت. از دشارژ داخلی آن جلوگیری می‌شود. براساس مکانیزم فعال سازی آن‌ها، این‌ها به طور عمده چهار نوع هستند مانند آب- فعال، گرما- فعال، الکترولیت- فعال و گاز- فعال.
سلول سوختی
این دستگاه گالوانیکی است که انرژی شیمیایی را به الکتریسیته تبدیل می‌کند. برخلاف سلول‌های باتری، سوخت یا ماده فعال در صورت نیاز به طور مداوم تأمین می‌شود. الکترود‌های یک سلول سوختی مصرف نمی‌شوند، اما دارای خاصیت کاتالیزوری برای تأثیرگذاری بر روند شیمیایی هستند. مواد آند عبارتند از سوخت‌های گازی یا مایع مانند هیدروژن، هیدروکربن، گاز طبیعی و غیره. از آنجا که این سوخت‌ها در موتور‌ها استفاده می‌شوند، از این رو در اصطلاح سلول سوختی هستند. در حالی که اکسیژن به عنوان کاتد استفاده می‌شود. کاربرد‌هایی شامل سیستم‌های قدرت قابل حمل (۲۵W-۵kW) در کاربرد‌های نظامی، کاربرد‌های مانند تلفن‌های بی سیم، رایانه‌ها، وسایل تفریحی، قایق‌ها، لیفتراک‌ها، سیستم‌های انتقال مواد و ... را دارند. انواع سلول‌های سوختی بر اساس نوع الکترولیت مورد استفاده قرار می‌گیرند. به شرح زیر است:
سلول‌های سوختی اسید فسفریک [۷].
سلول‌های سوختی قلیایی [۸].
سلول‌های سوختی کربنات مذاب [۹].
سلول‌های سوختی غشایی پروتون مبادله [۱۰].
سلول‌های سوخت جامد اکسید [۱۱].
[۱]Mercuric Oxide
[۲]Zinc Silver Oxide
[۳]Zinc Air
[۴]gelled electrolyte
[۵]Nickel Metal Hydride
[۶]Lithium-Ion
[۷]Phosphoric Acid Fuel Cells
[۸]Alkaline Fuel Cells
[۹]Molten Carbonate Fuel Cells
[۱۰]Proton Exchange Membrane Fuel Cells
[۱۱]Solid Oxide Fuel Cells
