اگر اخیراً به کشو ابزار خود نگاه کرده اید ، ممکن است متوجه شکل ها ، اندازه ها و انواع باتری های مختلفی شوید که دستگاه های الکترونیکی شما را تأمین می کنند. اول ، سلولهای دکمه ای دور و غیر قابل انعطاف برای ساعت و وسایل کوچک شما وجود دارد. همچنین باتری های محبوب AA و AAA برای ماشین حساب ، ساعت و راه دور وجود دارد. سپس باتری های لیتیوم یون قابل شارژ را در لپ تاپ ها و تلفن های خود دارید. و باتری اسید سرب را در ماشین خود فراموش نکنید.
اولین باتری ها در دهه 1800 ساخته شدند و بسیار ساده بودند. یکی از اولین تظاهرات مجموعه ای از دیسک های فلزی خیس شده در آب نمک بود که دانشمند ایتالیایی الساندرو ولتا پیدا کرد که جریان الکتریکی ایجاد کرده است. اولین باتری اسید سرب از چند قطعه سرب در یک شیشه اسید سولفوریک ساخته شده است. نسخه های مدرن تفاوت چندانی ندارند. تولید آنها ساده تر و حاوی مواد افزودنی مختلفی برای بهبود عملکرد است.
در همه موارد ، باتری ها به همان شیوه انجام می دهند: اختلاف ولتاژ بین دو الکترود متفاوت یک جریان الکتریکی ایجاد می کند که می تواند برای تأمین نیرو دستگاه تخلیه شود. باتری های قابل شارژ می توانند این جریان را معکوس کنند تا از آن استفاده کنند. در داخل باتری ، جریان الکتریکی با جریان یون ها از طریق یک مایع ، الکترولیت همراه است.
عبور هر الکترون در جریان با حمل و نقل یک یون از طریق الکترولیت همراه است. الکترودهایی که می توانند یونهای بیشتری را ذخیره کنند منجر به باتری هایی می شوند که می توانند بار بیشتری را حفظ کنند و بنابراین با یک بار واحد بیشتر طول می کشند. الکترودهایی که برای ذخیره سازی سریع تر یون مهندسی شده اند منجر به باتری هایی می شوند که می توانند سریعتر تخلیه شوند ، برای کاربردهای پر قدرت. سرانجام ، قادر به شارژ و تخلیه بارها بدون تخریب منجر به باتری هایی با طول عمر طولانی می شود.
باتری های اسید سرب
باتری اسید سرب اولین باتری قابل شارژ بود که در سال 1859 توسط گاستون پلانته اختراع شد ، که در یک محلول اسیدی با صفحات سرب آزمایش کرد و دریافت که جریان و ذخیره جریان الکتریکی قابل برگشت است.
یک باتری اسید سرب باید به اندازه کافی بزرگ باشد تا هزینه کافی برای شروع یک ماشین را فراهم کند. همچنین باید در آب و هوای سرد قابل استفاده باشد و سالهای زیادی از آن گذشته است. از آنجا که الکترولیت یک اسید خورنده است ، پوشش خارجی برای محافظت از افراد و قطعات اتومبیل در برابر هرگونه آسیب احتمالی باید سخت باشد. با دانستن همه اینها ، این معنی دارد که باتری های مدرن اسید سرب مسدود و سنگین هستند.
باتری های قلیایی
از طرف دیگر ، دستگاه های خانگی مانند ماشین حساب و مقیاس دیجیتال می توانند از باتری های کوچکتر استفاده کنند زیرا به شارژ زیادی احتیاج ندارند. اینها در درجه اول باتری های قلیایی غیر قابل انعطاف هستند که ده ها سال است که مورد استفاده قرار می گیرند. اندازه سلولی استاندارد AAAA ، AAA ، AA ، C و D و همچنین سلولهای دکمه ای و سکه و بسیاری دیگر است. اندازه ها مربوط به میزان هزینه آنها است - هرچه باتری بزرگتر باشد ، بیشتر باشد - و اندازه دستگاههای قدرتمند آنها.
بعضی اوقات ، ممکن است باتری های قلیایی فروخته شده به شکل مستطیل شکل ، مانند باتری های ولت {0}}} ، اما پوشش بیرونی را باز کنید و متوجه خواهید شد که آنها به سادگی چند سلول استوانه ای هستند که در داخل آن به هم وصل می شوند. باتری های استوانه ای آنقدر طولانی بوده و چنان مورد استفاده قرار می گیرد که فقط برای شرکت ها معنی ندارد که هر چیز دیگری را تولید کنند - این نیاز به سرمایه گذاری برای تغییر امکانات تولیدی آنها دارد ، کاری که ترجیح می دهند انجام ندهند.
باتری های لیتیوم یون
باتری های نیکل کادمیوم اولین باتری قابل شارژ قابل استفاده برای الکترونیک خانگی بودند و تا اواخر قرن بیستم محبوب شدند. اما آنها مشکلات خود را داشتند. کادمیوم بسیار سمی است و باتری ها از "اثر حافظه" رنج می برند که باعث کاهش طول عمر آنها می شود.
برای چندین دهه ، لیتیوم به دلیل خاصیت منحصر به فرد خود به عنوان یک فلز سبک که انرژی زیادی را ذخیره می کند ، برای استفاده بالقوه در باتری های قابل شارژ مورد مطالعه قرار گرفت. سونی برای اولین بار باتری لیتیوم یون را در سال 1991 تجاری کرد.
این شرکت سلولهای استوانه ای ساخت زیرا این کار ساده ترین ساخت بود. در دهه 1990 ، سونی تعداد زیادی دوربین و نوارها را می ساخت و به این ترتیب تجهیزات زیادی برای تولید رول به رول داشت. طبیعی بود که این تجهیزات را برای تولید رول الکترودهای باتری ، که با ریخته گری فیلم بر روی ورق های مس یا آلومینیوم ساخته شده و سپس آنها را به داخل سیلندر "ژله رول" تبدیل کنید ، طبیعی بود.
پوشش ضخیم این سلولهای استوانه ای از نظر مکانیکی قوی است و برای اضافه کردن یک لایه دیگر ایمنی ، آنها دارای شیر تسکین فشار هستند. خیلی سریع ، این سلولهای لیتیوم یون اولیه بازار الکترونیکی قابل حمل ، به ویژه برای لپ تاپ ها و تلفن های همراه را به دست گرفتند ، زیرا آنها انرژی بیشتری را ذخیره می کردند و بیشتر از باتری های قابل شارژ نیکل کادمیوم ماندند.
عواملی که باتری ها را شکل می دهند
باتری ها به دلایل هزینه و تولید در اندازه و شکل خاصی ساخته می شوند ، اما در موارد دیگر به دلیل فرآیندهای تولید میراث. تقاضای بازار نیز نقش دارد.
به عنوان مثال ، وسایل نقلیه الکتریکی تا زمانی که تسلا شروع به ساخت اتومبیل با استفاده از سلولهای باتری لیتیوم یون استوانه ای به جای کیسه مستطیل یا سلولهای منشوری دیگر که سایر سازندگان EV استفاده کرده اند ، خاموش نشد. سلولهای کیسه ای و منشوری را می توان از نزدیک با هم بسته بندی کرد ، اما از آنجا که سلولهای استوانه ای قبلاً برای الکترونیک قابل حمل به صورت جرم تولید شده بودند ، تسلا قادر به ایجاد EV های کم هزینه در سال 2010 بود.
آنچه باتری ها در آینده شکل می گیرند و اندازه آنها را به خود اختصاص می دهد ، نه تنها به میزان انرژی آنها ، بلکه به اقتصاد بازار نیز بستگی دارد - ساخت هر نوع سلول ، چقدر هزینه ساخت آنها و چه چیزی برای آنها استفاده می شود. و این عوامل ترکیبی از نوآوری و تاریخ است.