تاریخچه باتری
تاریخچه باتری ها را می توان به ۱۸۰۰ ردیابی کرد. در مورد تاریخچه باتری ها اطلاعات کسب کنید و نحوه ساخت باتری سلول Daniell را بیاموزید.
تاریخچه باتری ها را می توان به ۱۸۰۰ ردیابی کرد. در مورد تاریخچه باتری ها اطلاعات کسب کنید و نحوه ساخت باتری سلول Daniell را بیاموزید.
باتری ها دورتر از آنچه که فکر می کنید بوده اند. در سال ۱۹۳۸، باستان شناس Wilhelm Konig کشف برخی از گلدان های گلی عجیب و غریب در حالی که در حوضه Khujut Rabu، فقط در خارج از بغداد امروز، عراق. کوزه هایی که در حدود ۵ اینچ (۱۲٫۷ سانتیمتر) طول دارند، دارای یک میله آهن در مس و از حدود ۲۰۰ درجه سلسیوس می باشد. آزمایشها نشان دادند که عروق یک بار با یک ماده اسیدی مانند سرکه یا شراب پر شده است، که منجر به کونیگ می شود که این عروق ها باتری های باستانی داشته باشند. از زمانی که این کشف، دانشمندان تولید کپی از گلدان هایی که در واقع قادر به تولید بار الکتریکی هستند. این “باتری های بغداد” ممکن است برای مراسم مذهبی، اهداف دارویی یا حتی آبکاری استفاده شود.

در سال ۱۷۹۹، فیزیکدان ایتالیایی آلساندرو والتا اولین باتری را بوسیله انباشته شدن لایه های متناوب از روی، تخته و الوار خرد شده یا پارچه و نقره ساخت. این ترتیب، به نام شمع voltaic، نخستین دستگاه تولید برق نبود، اما نخستین آن بود که یک جریان پایدار و پایدار را منتشر می کرد. با این حال، برخی از اشکالات اختراع Volta وجود دارد. ارتفاع که لایه ها می توانند انباشته شوند، محدود بود، زیرا وزن انبوه آن را از کاغذ یا پارچه پاک می کند. دیسک های فلزی نیز تمایل دارند به سرعت آسیب زدن، کوتاه کردن عمر باتری. با وجود این کمبودها، واحد SI نیروی الکتروموتور در حال حاضر با نام افت ولتا شناخته می شود.
پیشرفت بعدی در تکنولوژی باتری در سال ۱۸۳۶ اتفاق افتاد زمانی که جان Frederick Daniell شیمیدان انگلیسی سلول Daniell را اختراع کرد. در این باتری ابتدایی، یک ورق مس در انتهای یک شیشه شیشه قرار داده شد و یک محلول سولفات مس در بالای صفحه قرار داده شد تا نیمه پر شود. سپس روی روی دیوار آویزان شد و یک محلول سولفات روی اضافه شد. از آنجایی که سولفات مس، چگال تر از سولفات روی است، محلول روی به بالای محلول مس مایع می شود و روی صفحه را احاطه کرده است. سیم متصل به صفحه روی، ترمینال منفی را نشان داد، در حالی که یکی از منحنی های صفحه مس، ترمینال مثبت بود. بدیهی است، این ترتیب نمی تواند به خوبی در یک چراغ قوه کار کند، اما برای برنامه های کاربردی ثابت، آن کار خوبی کرد. در واقع، سلول Daniell یک راه معمول برای قدرت زنگ ها و تلفن ها بود، قبل از اینکه تولید برق کامل شود.

تا سال ۱۸۹۸، سلول خشک کلمبیا اولین باری است که در ایالات متحده فروخته می شود. سازنده شرکت ملی کربن بعدا به شرکت Eveready Battery تولید شد که نام تجاری Energizer را تولید می کند.


آناتومی باتری
نگاهی به هر باتری می اندازید و متوجه خواهید شد که دارای دو پایانه است. یک ترمینال علامت (+) یا مثبت است، در حالی که دیگر علامت (-) یا منفی است. در باتری های معمولی چراغ قوه، مانند AA، C یا D سلول، پایانه ها در انتهای قرار دارد. با این وجود، در یک باتری ۹ ولت یا باتری، پایانه ها در کنار یکدیگر در بالای دستگاه قرار دارند. اگر شما اتصال بین دو پایانه را متصل می کنید، الکترون ها از انتهای منفی به انتهای مثبت به همان اندازه سریع می شوند. این به سرعت باتری را می پوشد و همچنین می تواند خطرناک باشد، به خصوص در باتری های بزرگتر. برای شارژ الکتریکی که توسط یک باتری تولید می شود، باید آن را به یک بار وصل کنید. بار ممکن است چیزی شبیه یک لامپ، یک موتور یا یک مدار الکترونیکی مانند یک رادیو باشد.

کارکرد داخلی باتری به طور معمول در یک مورد فلزی یا پلاستیکی قرار می گیرد. داخل این مورد یک کاتد است که به ترمینال مثبت وصل می شود و یک آند که به ترمینال منفی متصل می شود. این اجزاء که به طور کلی به عنوان الکترود شناخته می شوند، بیشترین فضای را در باتری اشغال می کنند و جایی است که واکنش های شیمیایی رخ می دهد. جداساز ایجاد یک مانع بین کاتد و آند، جلوگیری از تماس الکترود در حالی که اجازه می دهد شارژ الکتریکی آزادانه بین آنها. محیطی که اجازه می دهد تا بار الکتریکی بین کاتد و آند جریان یابد، به عنوان الکترولیت شناخته می شود. در نهایت، جمع کننده شارژ را به خارج از باتری و از طریق بار انجام می دهد.

واکنش های باتری و شیمی
هنگامی که شما آن را به چراغ قوه خود، کنترل از راه دور و یا دیگر دستگاه های بدون سیم می کنید، در داخل باتری اتفاق می افتد. در حالی که فرآیندهای تولید برق، اندکی از باتری به باتری جدا می شوند، ایده اساسی باقی می ماند.

وقتی بار یک مدار بین دو پایانه را کامل می کند، باتری از طریق یک سری واکنش الکترومغناطیسی بین آند، کاتد و الکترولیت تولید می کند. این آند واکنش اکسیداسیون را تجربه می کند که در آن دو یا چند یون (اتم یا مولکول های الکتریکی متصل شده) از الکترولیت با آنوند ترکیب می شوند، یک ترکیب تولید می کنند و یک یا چند الکترون را آزاد می کنند. در عین حال کاتد از طریق یک واکنش کاهش می یابد که در آن ماده کاتد، یون ها و الکترون های آزاد نیز ترکیب می شوند. در حالی که این عمل ممکن است پیچیده پیچیده شود، این در واقع بسیار ساده است: واکنش در آنزوم الکترونها را ایجاد می کند و واکنش در کاتد آنها را جذب می کند. محصول خالص برق است. باتری به تولید برق ادامه خواهد داد تا زمانی که یک یا هر دو الکترود از مواد لازم برای واکنش رخ دهد.

باتری های مدرن از انواع مواد شیمیایی برای واکنش های خود استفاده می کنند. شیمی مشترک باتری عبارتند از:

    باتری زنجیر کربن: شیمی روی کربن در بسیاری از باتری های سلول خورشیدی AAA، AA، C و D رایج است. آند آن روی است، کاتد دی اکسید منگنز است و الکترولیت کلرید آمونیوم یا کلرید روی است.

    باتری قلیایی: این شیمی در باتری های سلول خورشیدی AA، C و D نیز رایج است. کاتد از مخلوط دی اکسید منگنز تشکیل شده است، در حالی که آند یک پودر روی است. این نام از الکترولیت هیدروکسید پتاسیم، که یک ماده قلیایی است، می شود.

    باتری لیتیوم یون (قابل شارژ): شیمی لیتیوم اغلب در دستگاه های با کارایی بالا مانند تلفن های همراه، دوربین های دیجیتال و حتی اتومبیل های الکتریکی استفاده می شود. انواع مختلفی در باتری های لیتیوم استفاده می شود، اما یک ترکیب معمول کاتد اکسید کبالت لیتیوم و یک آند کربن است.

    باتری سرب اسید (قابل شارژ): این شیمی مورد استفاده در یک باتری ماشین معمولی است. الکترود معمولا از دی اکسید سرب و سرب فلزی ساخته می شود، در حالی که الکترولیت یک محلول اسید سولفوریک است.

بهترین راه برای درک این واکنش این است که آنها را برای خودتان ببینند. برای آزمایش برخی از آزمایشات باتری به صفحه بعدی بروید.

آزمایشات باتری: شمع ولتاژ
اگر می خواهید بیشتر در مورد واکنش های الکتروشیمیایی که در باتری ها اتفاق می افتد، بیشتر بدانید، می توانید خودتان را از مواد خانگی ساده استفاده کنید. یکی از چیزهایی که باید قبل از شروع به خرید آن خریداری کنید، یک ولت-اهم (۱۰ تا ۲۰ دلار) ارزان قیمت در فروشگاه الکترونیک یا سخت افزار محلی شما است. اطمینان حاصل کنید که متر می تواند ولتاژ کم (در محدوده یک ولت) و جریان کم (در محدوده ۵ تا ۱۰ میلی آمپر) را بخواند. با استفاده از این تجهیزات، شما قادر خواهید بود دقیقا ببینید که باتری شما در حال انجام است.

شما می توانید شمع voltaic خود را با استفاده از چهار قطعه، فویل، کاغذ blotting، سرکه سیب و نمک ایجاد کنید. کاغذ فویل را بر روی دایره ها بریزید و سپس کاغذ بطری را در مخلوط سرکه سیب و نمک خیس کنید. با استفاده از نوار کاست، یک سیم مسی را به یکی از دیسک های فویل وصل کنید. اکنون مواد را در این ترتیب قرار دهید: فویل، کاغذ، سه ماهه، فویل، کاغذ، سه ماهه و غیره تا زمانی که الگوی ۱۰ بار تکرار شود. هنگامی که آخرین سکه در پشته است، یک سیم به آن را با نوار پوشاننده وصل کنید. در نهایت، انتهای آزاد دو سیم را به LED متصل کنید، که باید روشن شود. در این آزمایش، مس در سه ماهه دوم کاتد است، فویل آند است، محلول سرکه سدیم الکترولیت است و کاغذ بلوط جداساز است.

باتری خانگی نیز می تواند از سیم مسی، کلیپ کاغذی و لیمو ساخته شود. ابتدا یک قطعه کوچک سیم مسی را قطع کرده و کلیپ کاغذ را راست کنید. استفاده از کاغذ شن و ماسه برای صاف کردن هر بخش خشن در انتهای هر یک از قطعه فلزی. سپس، لیمو را به آرامی با نورد بر روی میز فشار دهید، اما مراقب باشید که پوست را شکستن نکنید. سیم مسی و کلیپ کاغذ را به لیمو فشار دهید، اطمینان حاصل کنید که آنها بدون هیچ گونه لمس کردن با یکدیگر نزدیک می شوند. در نهایت، ولت سنج را به انتهای کلیپ کاغذ و سیم مسی متصل کنید و ببینید چه نوع ولتاژ و جریان باتری شما تولید می کند.

در حال حاضر شما باید با اصول اولیه که باتری آنها را تخلیه برق می کند آشنا باشید. برای کشف چگونگی شارژ کردن برخی از باتری ها، مطالعه کنید.

باطری های قابل شارژ
با افزایش دستگاه های قابل حمل مانند لپ تاپ ها، تلفن های همراه، پخش کننده های MP3 و ابزار قدرت بی سیم، نیاز به باتری های قابل شارژ در سال های اخیر به طور چشمگیری افزایش یافته است. باتری های قابل شارژ از سال ۱۸۵۹ آغاز شده است، زمانی که فیزیکدان فرانسوی Gaston Plante سلول اسید سرب را اختراع کرد. با یک آند سرب، کاتد دی اکسید سرب و یک الکترولیت اسید سولفوریک، باطری Plante پیشرو در باتری ماشین مدرن بود.

باتری های غیر قابل شارژ یا سلول های اصلی، و باتری های قابل شارژ یا سلول های ثانویه، جریان دقیقا به همان شیوه تولید می کنند: یک واکنش الکتروشیمیایی شامل یک آند، کاتد و الکترولیت است. با این حال، در باتری قابل شارژ، واکنش قابل برگشت است. هنگامی که انرژی الکتریکی از یک منبع خارجی به یک سلول ثانویه اعمال می شود، جریان الکترون منفی به مثبت که در جریان تخلیه اتفاق می افتد، معکوس می شود و بار سلول بازسازی می شود. شایع ترین باتری های قابل شارژ در بازار امروز، لیتیوم یون (LiOn) هستند، هرچند باتری های نیکل فلز هیدرید (NiMH) و نیکل کادمیوم (NiCd) نیز بسیار شایع بودند.

هنگامی که به باتری های قابل شارژ می آید، تمام باتری ها برابر نیستند. باتری های NiCd در میان اولین سلول های ثانویه به طور گسترده ای در دسترس بودند، اما از مشکل ناخوشایند به نام اثر حافظه رنج می بردند. اساسا، اگر این باتری ها هر بار که استفاده می شدند، به طور کامل تخلیه نشوند، به سرعت ظرفیت خود را از دست می دهند. باتری های NiCd عمدتا به نفع باتری های NiMH به پایان رسید. این سلول های ثانویه دارای ظرفیت بالاتری هستند و فقط اثر حافظه حداقل تحت تاثیر قرار می گیرند، اما آنها عمر مفید بسیار خوبی ندارند. باتری های LiOn مانند باتری های NiMH عمر طولانی دارند، اما آنها شارژ بیشتری دارند، در ولتاژ های بالاتر کار می کنند، و در بسته های بسیار کوچکتر و سبک تر قرار می گیرند. اساسا همه فن آوری های قابل حمل با کیفیت بالا این روزها از تکنولوژی استفاده می کنند. با این حال، باتری های LiOn در حال حاضر در اندازه های استاندارد مانند AAA، AA، C یا D در دسترس نیستند و در مقایسه با همتایان قدیمی آنها بسیار گران تر هستند.

با باتری NiCd و NiMH، شارژ می تواند روی حیله و تزویر باشد. شما باید مراقب باشید که آنها را بیش از حد اضافه نکنید، زیرا این امر می تواند باعث کاهش ظرفیت شود. برای جلوگیری از این اتفاق، بعضی از شارژرها به شارژ شارژ می روند یا زمانی که شارژ کامل انجام می شود، خاموش می شود. باتری NiCd و NiMH نیز بایستی دوباره خاموش شود، به این معنی که شما باید هر بار یک بار در هر زمان به طور کامل تخلیه و شارژ آن را به حداقل برساند تا هر گونه از دست دادن ظرفیت را کاهش دهید. از سوی دیگر باتری LiOn دارای شارژرهای پیشرفته ای است که مانع از اضافه بار می شوند و هرگز نیازی به تعمیر آنها نیست.

حتی باتری های قابل شارژ در نهایت می میرند، هرچند ممکن است قبل از این صدها اتهام را اتخاذ کنند. هنگامی که آنها در نهایت انجام می دهند، مطمئن شوید که آنها را در یک مرکز بازیافت دفع کنید.

تنظیم باتری و قدرت
در بسیاری از دستگاه هایی که از باتری ها استفاده می کنند مانند رادیو قابل حمل و چراغ قوه – شما فقط یک سلول را در یک زمان استفاده نمی کنید. شما معمولا آنها را با یک ترتیب سریال به منظور افزایش ولتاژ و یا به صورت موازی برای افزایش جریان جابجا می کنید. نمودار این دو ترتیب را نشان می دهد.

نمودار بالا یک آرایش موازی را نشان می دهد. چهار باتری به موازات هم ولتاژ یک سلول تولید می کنند، اما جریان آنها عرضه می شود چهار برابر بیشتر از یک سلول واحد است. جریان این است که میزان بار الکتریکی از طریق یک مدار عبور می کند و در آمپر اندازه گیری می شود. باتری ها در ساعت های آمپر یا، در مورد باتری های کوچکتر، میلی آمپر ساعت (mAH) رتبه بندی می شوند. یک سلول خانگی معمولی که در ۵۰۰ میلی آمپر ساعت در نظر گرفته شده است باید بتواند ۵۰۰ میلیمتر از بار را به مدت یک ساعت به بار بگذارد. شما می توانید به میزان زیادی از روش های مختلف درجه بندی می کند. یک باتری ۵۰۰ میلی آمپر ساعت نیز می تواند ۵ میلی آمپر برای ۱۰۰ ساعت تولید کند، ۱۰ میلی آمپری به مدت ۵۰ ساعت و یا به طور تئوری ۱۰۰۰ میلی آمپری به مدت ۳۰ دقیقه. به طور کلی، باتری هایی با رتبه های بالاتر ساعت آمپر دارای ظرفیت های بیشتری هستند.

نمودار پایینتر یک ترتیب سریال را نشان می دهد. چهار باتری در سری هم جریان یک سلول را تولید می کنند، اما ولتاژ آنها عرضه می شود چهار برابر بیشتر از یک سلول واحد است. ولتاژ اندازه گیری انرژی بر حسب واحد است و در ولت اندازه گیری می شود. در یک باتری، ولتاژ تعیین می کند که چگونه الکترونها به شدت از طریق مدار تحت فشار قرار می گیرند، مانند فشار، تعیین اینکه چقدر آب از طریق یک شل فشار می آید. اکثر باتری های AAA، AA، C و D حدود ۱٫۵ ولت است.

تصور کنید که باتری های نشان داده شده در نمودار دارای ۱٫۵ ولت و ۵۰۰ میلی آمپر ساعت می باشند. چهار باتری در حالت موازی ۱٫۵ ولت در ۲۰۰۰ میلی آمپر ساعت تولید می کنند. چهار باتری در یک مجموعه ۶ ولت در ۵۰۰ میلی آمپر ساعت تولید خواهند کرد.

فناوری باتری از روزهای شمارش ولتاژ به طور چشمگیری پیشرفت کرده است. این تحولات به وضوح در دنیای سریع و سریع ما، قابل حمل است که بیشتر از همیشه در منبع قدرت قابل حمل که باتری فراهم می کند، منعکس می شود. تنها می توان تصور کرد که نسل بعدی باتری های کوچکتر، قوی تر و طولانی تر خواهد شد.