باتری چیست؟ تاریخچه و ساختار آن

باتری ها مجموعه ای از یک یا چند سلول هستند که واکنشهای شیمیایی بین آنها جریان الکتریسیته را در یک مدار ایجاد می کند. ساختار باتری ها از سه مؤلفه اصلی تشکیل شده اند: یک آند (سمت ‘-‘) ، یک کاتد (سمت ‘+’) و نوعی الکترولیت (ماده ای با واکنش های شیمیایی بین آند و کاتد).

باتری و تاریخچه آن

باتری چیست؟

هنگامی که آند و کاتد باتری به یک مدار وصل شود، واکنش شیمیایی بین آند و الکترولیت اتفاق می افتد. این واکنش باعث می شود که الکترونها از طریق مدار به داخل کاتدی که یک واکنش شیمیایی دیگری در آن جریان دارد، بازگردند. هنگامی که ماده موجود در کاتد یا آند مصرف شود یا دیگر قادر به استفاده و انجام واکنش نباشد، باتری قادر به تولید برق نخواهد بود که در این مرحله گفته میشود به اصطلاح باتری “مرده” است.

باتری هایی که پس از یکبار استفاده باید دور ریخته شوند به عنوان باتری های اولیه شناخته می شوند و باتری هایی که قابل شارژ هستند باتری ثانویه نامیده می شوند. به عنوان مثال باتری های لیتیوم پلیمر قابل شارژ مجدد هستند و جزء باتری های ثانویه به حساب می آیند.

امروزه باتری ها در شکل، طرح و سایزهای مختلفی موجودند؛ از باتری های کتابی، قلمی، هسته ای تا باتری های اسیدی و اتمی و…

تاریخچه باتری

از لحاظ تاریخی ، کلمه “باتری” برای توصیف “مجموعه ای از اشیاء مشابه که برای انجام یک عملکرد درکنار هم جمع شده اند” بکار میرود. در سال ۱۷۴۹، بنیامین فرانکلین برای اولین بار از این اصطلاح برای توصیف سری خازنهایی استفاده کرد که برای آزمایشهای الکتریکی خود آن ها را با هم پیوند داده بود. بعدها هم این اصطلاح برای هر سلول الکتروشیمیایی که به منظور تأمین انرژی الکتریکی به هم وصل شدند، استفاده شد.

باتری و تاریخچه آن

اختراع باتری

یک روز سرنوشت ساز در سال ۱۷۸۰ ،لوئیجی گالوانی فیزیکدان، پزشک، زیست شناس و فیلسوف ایتالیایی، در حال کالبدشکافی یک قورباغه آویزان از قلاب برنجی بود که هنگامی که او پای قورباغه را با چاقوی جراحی آهنی لمس کرد، پای قورباغه جمع شد. گالوانی عقیده داشت که این انرژی که سبب جمع شدن پای قورباغه شد، از خود پای حیوان به وجود آمد ولی همکار او، آلساندرو ولتا، عقیده‌ی دیگری داشت.

فرضیه ولتا بیانگر این است که در واقع ضربات پای قورباغه توسط ضربات فلزات مختلف خیس شده در مایع است. وی این آزمایش را با استفاده از پارچه خیس شده در آب نمک به جای جسد قورباغه ، که با ولتاژ مشابهی بود، تکرار کرد. ولتا یافته های خود را در سال ۱۷۹۱ منتشر کرد و بعداها اولین باتری یعنی شمع ولتاژ را در سال ۱۸۰۰ ابداع کرد.

شمع ولتا با دو مشکل مهم روبه رو شد: اول اینکه وزن زیاد پشته باعث شد تا الکترولیت از پارچه نشت پیدا کند، و دوم اینکه خاصیت شیمیایی اجزای سازنده آن باعث کوتاه شدن طول عمر شمع ولتا شد (طول عمری حدود یک ساعت). حدود دویست سال بعد در جهت تکمیل طرح ولتا و حل این مسائل تلاش های بسیاری شد.

مشکل اول توسط ویلیام کروئیشکنک از اسکاتلند حل شد که این دانشمند با قرار دادن شمع ولتا به پهلو، مشکل نشت شمع ولتا را حل کرد.

باتری و تاریخچه آن

مشکل دوم که طول عمر کوتاه شمع ولتا بود، در سال ۱۸۳۵ توسط ویلیام استورژون کشف و حل شد. این دانشمند کشف کرد که دلیل عمر کوتاه این باتری ناشی از تخریب روی بر اثر وجود ناخالصی‌ها و ایجاد حباب‌های هیدروژن بر روی مس بود. استورژون گفت که استفاده از جیوه به جای روی مانع از تخریب شمع می شود.

شیمیدان بریتانیایی جان فردریک دانیل از الکترولیت ثانویه استفاده کرد که این الکترولیت با هیدروژن واکنش نشان داد و مانع از از انباشته شدن هیدروژن بر روی کاتد مس شد. باتری دو الکترولیت دانیل ، معروف به “Daniell cell” ، به یک راه حل بسیار محبوب برای تأمین برق شبکه های تلگراف تبدیل شد.

باتری و تاریخچه آن

اولین باتری شارژی

در سال ۱۸۵۹ ، فیزیکدان فرانسوی گاستون پلنته با استفاده از دو ورقه نورد سرب غوطه ور در اسید سولفوریک باتری را ایجاد کرد. این دانشمند  دریافت که با برگرداندن جریان الکتریکی در باتری، مواد شیمیایی به حالت اولیه خود باز می گردند و بدین ترتیب اولین باتری قابل شارژ را ایجاد کرد.

بعدها در سال ۱۸۸۱ ، کامیل آلفونس فور با شکل دادن ورق های سرب در صفحات، طرح پلنته را بهبود بخشید. این طراحی جدید باعث شد تا باتری ها راحت تر تولید شوند و باتری اسید سرب استفاده گسترده ای در خودروها داشت.

باتری و تاریخچه آن

باتری سلولی خشک

تا اواخر دهه ۱۸۰۰، الکترولیت موجود در باتریها در حالت مایع قرار داشت که این امر باعث شده بود حمل و نقل باتری با مشکل روبه رو باشد و بیشتر باتری ها بیشتر از یك بار به مدار متصل نمیشدند.

در سال ۱۸۶۶ ، ژرژ لکلانچ با استفاده از یک آند روی، یک کاتد دی اکسید منگنز و یک محلول کلرید آمونیوم بعنوان الکترولیت، یک باتری ابداع کرد. در حالی که الکترولیت موجود در سلول لکلانچه هنوز مایع بود، اما ساختار شیمیایی باتری او قدم مهمی برای اختراع سلول خشک برداشت.

کارل گاسنر چگونگی ساختن یک خمیر الکترولیت از کلرید آمونیوم و Plaster of Paris را کشف کرد. وی باتری جدید “سلول خشک” را در سال ۱۸۸۶ در آلمان به ثبت رساند.

این سلولهای خشک جدید که “باتری های روی-کربن” نامیده می شدند ، تا اواخر دهه ۱۹۵۰ به صورت انبوه تولید میشدند و بسیار محبوب بودند. از آن جایی که کربن در واکنش های شیمیایی باتری وارد نمیشود، به عنوان یک رسانای الکتریکی در باتری روی و کربن نقش مهمی ایفا می نماید.

در دهه ۱۹۵۰ ، لوئیس اوری ، پل مارشال و کارل کوردش که از اعضای شرکت Union Carbide (که بعداً به عنوان “Eveurance” و سپس “Energizer” شناخته شدند) بودند، الکترولیت کلرید آمونیوم باتری والدمار جانگنر را در سال ۱۸۹۹ با ماده قلیایی (alkaline) جایگزین کردند. باتری های سلول خشک قلیایی می توانند انرژی بیشتری نسبت به باتری های کربن روی مشابه خود ( از نظر سایز و اندازه) داشته باشند  و همچنین این باتری ها عمر مفید بیشتری هم دارند.

باتری و تاریخچه آن

باتری های قلیایی در دهه ۱۹۶۰ محبوبیت زیادی پیدا کردند و از باتری های روی و کربن پیشی گرفتند و از آن زمان به عنوان سلول اصلی استاندارد برای مصرف کنندگان تبدیل شده اند.

اختراع باتری های قابل شارژ

در دهه ۱۹۷۰ ، COMSAT باتری نیکل هیدروژن را برای استفاده در ماهواره های ارتباطی ایجاد کرد. این باتری ها هیدروژن را به صورت فشرده و گازی ذخیره می کنند. گفتنی است بسیاری از ماهواره های دست ساز مانند ایستگاه فضایی بین المللی هنوز هم به باتری های نیکل هیدروژن وابسته هستند.

چندین شرکت از اواخر دهه ۱۹۶۰ تحقیقاتی در این زمینه انجام دادند که نتیجه آنها منجر به ایجاد باتری نیکل فلز هیدید (NiMH) شد. باتری های NiMH در سال ۱۹۸۹ به بازار مصرف عرضه شدند و نسبت به سلول های نیکل هیدروژن که قابل شارژند دارای اندازه کوچکتر و  از نظر قیمتی ارزانتر بودند.

Asahi Chemical ژاپن اولین باتری لیتیوم-یون را در سال ۱۹۸۵ ابداع کرد و سونی اولین باتری لیتیوم-یونی را به صورت تجاری در ۱۹۹۱ تولید کرد. همچنین در اواخر دهه ۱۹۹۰، یک پوشش نرم و انعطاف پذیر برای باتری های لیتیوم یونی ایجاد کردند که باتری لیتیوم پلیمر یا باتری “LiPo” نامیده شدند.

باتری و تاریخچه آن

بدیهی است که بسیاری از باتری هایی که طی سالها اختراع و تولید شده اند پس از مدتی از رده خارج و یا منسوخ شده اند و هر ساله باتری های جدید با فن آوری ها نو به بازار مصرف عرضه میشوند. اگر می خواهید اطلاعات بیشتری درباره فن آوری های باتری مدرن و باتری و یا باتری های شارژی بخوانید ، آموزش فن آوری باتری ما را بررسی کنید.

گوشی جانبی اینستاگرام

همچنین ببینید

اندروید ور چیست؟ همه چیز درباره آن

اندروید ور چیست؟ همه چیز درباره آن

اندروید ور (android wear) به معنای اندروید پوشیدنی، نسخه‌ای از سیستم‌عامل اندروید است که به …

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *