اشنایی با انواع باطری‌ها

باطری‌های مصارف خانگی

باطری‌های خانگی همانطور که از نام آن‌ها بر می‌آید انواعی از باطری‌ها هستند که اغلب در وسایل کوچک، سبک و قابل حمل خانگی از جمله رادیو، چراغ قوه، رایانه‌های لپ‌تاپ، تلفن‌های همراه و اسباب بازی‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. این دست از باطری‌ها معمولا سلول‌هایی کوچک و با ولتاژی معادل 1.5 ولت دارند که در ابعاد و اشکال استاندارد و مشخصی مطابق جدول شماره (2) از سوی تولید‌کنندگان مختلف با بازار عرضه می‌شوند. به علاوه این نوع از باطری‌های قابلیت طراحی و تولید در ابعاد و اشکال مورد نظر مشتریان در تعداد بالا را نیز دارا می‌باشند.

باطری‌های روی- کربن (Z-C)

این نوع از باطری‌ها نیز به دلیل قیمت پایین، کاربردی گسترده دارند، همچنین در معادله شماره (2) واکنش شیمیایی درون سلول‌های باطری‌های نوع روی- کربن نشان داده شده است. این نوع از باطری‌ها نخستین باطری هایی با کاربری خانگی بودند که به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفتند. هر سلول باطری‌های روی- کربن از یک کاتد (قطب مثبت) اکسید منگنز و کربن و یک آنود (قطب منفی) روی به همراه کلراید روی به عنوان ماده الکترولیت تشکیل شده‌اند.

به طور کلی سلول‌های روی- کربن قابل شارژ نبوده و از یک منحنی مصرف نزولی برخوردار هستند، بدین معنا که ولتاژ باطری همزمان و رفته رفته با تخلیه انرژی ذخیره شده درون باطری رو به افت و کاهش می‌نهد. باطری‌های روی- کربن نیز اغلب با ولتاژی معادل 1.5 ولت تولید و معمولاً برای مصارف غیر صنعتی و خانگی همچون وسایل الکترونیکی کوچک و قابل حمل خانگی، چراغ قوه‌ها و رادیو‌های کوچک قابل حمل، تولید و عرضه می‌شوند . نقطه ضعف عمده این نوع باطری‌ها آن است که بدنه محافظ خارجی آن‌ها از روی تهیه شده است، بر همین اساس با از کار افتادن قطب منفی (آنود) باطری، بدنه آن شروع به سوراخ شدن و در نتیجه نشت مواد درون سلول به بیرون خواهد نمود.

باطری‌های آلکالاین روی- دی اکسید منگنز (آلکالاین)

هنگامی‌که از یک الکترولیت آلکالاین (به جای استفاده از یک الکترولیت نیمه اسیدی) در باطری‌های نوع روی- کربن استفاده می‌شود، به باطری مذکور \"آلکالاین\" گفته می‌شود. باطری‌های آلکالاین عمر مصرف طولانی‌تری حتی بین 5 تا 6 برابر عمر مصرف باطری‌های روی- کربن را ارائه می‌دهند، بنا بر تخمین کارشناسان در حال حاضر بیش از 30 درصد باطری‌های تولید شده برای مصارف خانگی را باطری‌های نوع \"آلکالاین\" تشکیل می‌دهند.

باطری‌های آلکالاین قابل شارژ

همانند باطری‌های روی- کربن، باطری‌های آلکالاین نیز از قابلیت شارژ برخوردار نیستند، اما یک شرکت تولید کننده باطری‌های آلکالاین به نام Rayovac تا کنون موفق به تولید و عرضه نوعی باطری آلکالاین شده است که بنا به اظهار خودش تا 25 مرتبه و یا حتی بیشتر قابلیت شارژ و استفاده مجدد دارد. همچنین اطلاعات منتشر شده از سوی تولید کننده این نوع باطری حاکی از آن است که هیچ نوع ماده سمی و یا مضر برای محیط زیست در ساخت این باطری مورد استفاده قرار نگرفته است. به طور کلی باطری‌های قابل شارژ آلکالاین اغلب برای مصارف خانگی و ارائه سطوح انرژی کم و متوسط برای وسایل کوچک و قابل حمل تولید و عرضه می‌شوند .

باطری‌های نیکل کادمیوم (Ni-Cd)
سلول‌های نیکل کادمیوم بیشترین و رایج‌ترین باطری‌های قابل شارژ در مصارف خانگی را تشکیل می‌دهند. استفاده از آن‌ها برای تامین انرژی مورد نیاز وسایل کوچک و قابل حمل خانگی همچون تلفن‌های بی‌سیم و ... کاربردهای بسیاری دارد. به طور کلی هر سلول اصلی باطری‌های (Ni-Cd) از یک آنود (قطب منفی) کادمیوم، یک کاتود (قطب مثبت) نیکل هیدروکسید و یک ماده آلکالاین به عنوان الکترولیت تشکیل یافته است. معادله شماره (3) نشانگر واکنش شیمیایی درون سلول Ni-Cd است. باطری‌های متشکل از سلول‌های Ni-Cd معمولاً جریانی متوسط و به بالا را با ولتاژی نسبتاً پایدار و ثابت برای مصرف فراهم می‌آورند.

متاسفانه فن‌آوری تولید باطری‌های Ni-Cd هنوز نسبتاً گران‌قیمت و پر هزینه است، از آن گذشته کادمیوم فلزی سمی و مضر برای محیط زیست شناخته می‌شود. اما در کنار همه معایب یاد شده، بازیافت بسیاری از اجزای باطری‌های Ni-Cd به لحاظ اقتصادی کاملاً مقرون به صرفه است، به طوریکه در حال حاضر چندین شرکت بزرگ تولید کننده باطری در این زمینه فعالیت می کنند.

نیکل متال هیدرات (Ni-MH)

طراحان و تولید کنندگان باطری تحقیقات بسیاری را صرف استفاده و جایگزین نمودن مواد جدیدی به جای کادمیوم و به منظور ارائه سطح بالایی از انرژی و قابلیت شارژ و استفاده مجدد در کنار هزینه‌ای به مراتب پایین‌تر نموده‌اند، باطری‌های Ni-MH یکی از این نوع باطری‌های جایگزین به شمار می‌روند، آنود یا قطب منفی باطری‌های Ni-MH از آلیاژ‌های فلزی جاذب هیدروژن و کاتود یا قطب مثبت نیز از اکسید نیکل تشکیل شده است، همچنین ماده الکترولیت به کار رفته درون این نوع از باطری‌ها را هیدروکسید پتاسیم تشکیل می‌دهد. مطابق اطلاعات ارائه شده از سوی تولید کنندگان باطری‌های نوع Ni-MH، ظرفیت ذخیره انرژی و طول عمر مصرف این نوع باطری‌ها حدود 40 درصد بیشتر از انواع مشابه و هم اندازه از نوع Ni-Cd است و از سوی دیگر چرخه عمر مفید باطری‌های Ni-MH نیز حدود 600 مرتبه شارژ- مصرف عنوان شده است. این خصوصیات باطری‌های Ni-MH را برای کاربردهایی که در آن‌هاسطح بالایی از انرژی مورد نیاز است (همچون استفاده در لپ تاپ، تلفن‌های همراه و یا دوربین‌های فیلمبرداری) مناسب جلوه می‌دهد، اما در عین حال قیمت این نوع باطری نیز نسبتاً گران بوده و از میزان تخلیه شارژ خود به خودی (بدون مصرف) بالایی برخوردار است.

نیکل- آهن (Ni-I)

سلول‌های Ni-I که اغلب باطری ادیسون نیز نامیده می‌شوند ، هزینه تولید و دفع پایین تری نسبت به انواع Ni-Cd دارند و حتی سابقه تولید و ابداع آن‌ها به پیش از رواج انواع Ni-Cd می رسد اما از مهمترین معایب آن‌ها عدم شارژ مناسب و کامل باطری پس از تخلیه است اما به طور قابل توجهی در صنایع اروپای شرقی و مناطقی که آهن و نیکل هنوز ارزان هستند مورد استفاده قرار دارند.

نیکل- روی (Ni-Z)

جایگزین دیگری که معمولاً برای الکترود‌های کادمیوم در نظر گرفته می‌شود، استفاده از الکترودهای روی است، هرچند کارآیی و بازده این نوع باطری‌ها مطلوب به نظر می‌رسد اما متاسفانه محدودیت‌هایی همچون چرخه عمر مفیدی معادل 200 مرتبه شارژ- مصرف، مانع از کاربرد گسترده این نوع از باطری‌ها بوده است. هنگامی‌که باطری‌های Ni-Z شارژ می‌شوند، روی به طور دقیق در محل حفره‌هایی که طی فرآیند مصرف و توسط قطب منفی (آنود) ایجاد شده‌اند قرار نمی‌گیرد و در عوض به نحوی تصادفی و در هر محلی با آرایشی کاملاً اتفاقی رسوب می‌نماید که این امر سبب افت کارایی الکترود شده و استمرار این روند به مرور موجب تضیف و شکست احتمالی الکترود درون سلول خواهد شد.

لیتیوم و لیتیوم Ion
انرژی خاص برخی از سلول‌های لیتیوم – پایه، معمولاً معادل پنج برابر باطری‌های مشابه و هم اندازه از نوع اسید- سربی و حدود سه برابر باطری‌های مشابه و هم اندازه از نوع آلکالاین است.  سلول‌های لیتیومی معمولاً و دست کم با ولتاژی معادل 3 ولت و بالاتر تولید و ارائه می‌شوند ، در مجموع خصوصیات مفید این نوع از باطری‌ها شامل وزن و حجم کمتر، میزان انرژی بالاتر و ولتاژ مناسب و یکنواخت خروجی در کنار نسبت هزینه- مصرف پایین و اقتصادی خلاصه می‌شود. معادله شماره (4) واکنش شیمیایی درون یک نوع سلول باطری لیتیوم دی اکسید منگنز را نشان می‌دهد. متاسفانه خصوصیاتی مطلوبی که باطری‌های لیتیومی را به منظور استفاده مناسب می سازد (یعنی پتانسیل بالای الکترو شیمیایی آن) از طرفی می‌تواند سبب بروز مشکلاتی در تولید و استفاده از این نوع باطری‌ها شود. لیتیوم در میان سایر فلزات از دمای ذوب نسبتاً کمی یعنی 180 درجه سانتیگراد (معادل 356 درجه فارنهایت) برخوردار است، بر این اساس اگر لیتیوم به این دما رسیده و ذوب شود تبدیل به مایع شده و با الکترود کاتود تماس مستقیم پیدا می‌کند و این امر موجب تشدید فرآیند شیمیایی درون سلول می‌شود.