باتری ها این روزها به یکی از مهم ترین و پرکاربردترین تجهیزات تبدیل شده اند. باتری ها در جایی که ولتاژ پایین مورد نیاز است (یعنی کمتر از ولتاژ منبع تغذیه) استفاده می شوند. ساعت ها، موبایل ها و بسیاری از وسایل کوچک دیگر که به ولتاژ کمتری نیاز دارند، عمدتاً با باتری کار می کنند. مزیت اصلی باتری این است که در صورت کاهش قابلیت تامین برق، می توان آن ها را شارژ و دوباره استفاده کرد. باتری ها متشکل از یک یا چند سلول هستند. به طور عمده دو نوع باتری سرب اسید و باتری قلیایی وجود دارد.
اولین باتری آلکالاین توسط شرکت Eveready Battery در تورنتو وارد بازار شد. Lew Urry که به عنوان یک مهندس شیمی به این شرکت وابسته بود، این باتری را اختراع کرد.
Lew Urry یک باتری قلیایی کوچک را در سال 1949 تولید کرد. این مخترع برای شرکت Eveready Battery در آزمایشگاه تحقیقاتی آن ها در پارما، اوهایو کار می کرد. باتری آلکالاین 5 تا 8 برابر بیشتر از سلول های روی-کربن، عمر می کند.
باتری های آلکالاین
این باتری ها برای غلبه بر وزن و ضعف مکانیکی صفحات سربی معرفی شده اند. اصل کار باتری آلکالاین بر اساس واکنش بین روی (روی) و دی اکسید منگنز (MnO2) است. دلیل نامگذاری آن به عنوان باتری قلیایی، الکترولیت استفاده شده در آن است که هیدروکسید پتاسیم می باشد و یک ماده کاملاً قلیایی است.
مزایای باتری آلکالاین
- چگالی انرژی بالایی دارد.
- این باتری در هر دو کاربرد پیوسته و متناوب به یک اندازه خوب عمل می کند.
- در تخلیه کم و همچنین زیاد عملکرد یکسانی دارد.
- عملکرد خوبی در دمای محیط و همچنین در دمای پایین دارد.
- مقاومت داخلی پایینی دارد.
- طول عمر این باتری به اندازه کافی طولانی است.
- جریان نشتی در این باتری کم است.
- ثبات ابعادی بهتری دارد.
معایب باتری قلیایی
این باتری به جز قیمت بالای آن هیچ عیب و نقصی ندارد.
ساختار باتری قلیایی
بدنه باتری از یک محفظه استوانه ای فولادی توخالی ساخته شده است. این محفظه استوانه ای حاوی تمام مواد باتری است و به عنوان کاتد باتری نیز عمل می کند. ترمینال مثبت باتری بالای این استوانه است. مخلوط پودر دی اکسید منگنز بسیار ریز (MnO2) با غبار زغال سنگ به سطح محیطی داخلی استوانه خالی قالب گیری می شود. این مخلوط قالب گیری شده به عنوان مخلوط کاتدی باتری قلیایی عمل می کند. سطح داخلی لایه ضخیم مخلوط کاتد با جدا کننده کاغذی پوشانده شده است.
فضای مرکزی داخل این جدا کننده کاغذی، با پودر روی با الکترولیت هیدروکسید پتاسیم پر شده است. روی به عنوان یک آند عمل می کند و شکل پودری آن سطح تماس را افزایش می دهد. جدا کننده کاغذی آغشته به هیدروکسید پتاسیم است و الکترولیت را بین کاتد (MnO2) و آند (Zn) نگه می دارد. یک پین فلزی (ترجیحاً از برنج) در محور مرکزی باتری آلکالاین قرار داده می شود تا بار منفی را جمع کند. به این پین، پین جمع کننده منفی می گویند. این پین با یک درپوش فلزی در تماس است. یک پوشش پلاستیکی درست در داخل درپوش فلزی قرار دارد و این پوشش پلاستیکی به طور الکتریکی استوانه فلزی مثبت و درپوش منفی باتری قلیایی را جدا می کند.
در سلول باتری آلکالاین ، پودر روی به عنوان آند عمل می کند. دی اکسید منگنز به عنوان کاتد و هیدروکسید پتاسیم به عنوان الکترولیت عمل می کند.
واکنش نیمه اول این است:
واکنش نیمه دوم این است:
واکنش کلی:
یک سلول باتری آلکالاین برای 1.5 ولت درجه بندی شده است. یک سلول قلیایی بدون تخلیه ولتاژ 1.50 تا 1.65 ولت را نشان می دهد. ولتاژ متوسط در حضور بار ممکن است از 1.1 تا 1.3 ولت باشد. سلول آلکالاین AA معمولاً برای 700 میلی آمپر درجه بندی می شود.
انواع مختلفی از باتری قلیایی با توجه به پارامتر های مختلف وجود دارد.
بسته به ترکیب مواد فعال صفحات، چهار نوع باتری وجود دارد، که عبارتند از :
- آهن نیکل (یا ادیسون)
- نیکل- کادمیوم (یا Nife)
- روی نقره
- باتری آلکوم
بسته به روش مونتاژ، این باتری ها به سلول های بسته بندی شده و غیر بسته بندی شده تقسیم می شوند.
کاربرد باتری های آلکالاین
انواع مختلفی از باتری قلیایی وجود دارد و برای مصارف مختلف استفاده می شود. باتری های نیکل-آهن برای کامیون های صنعتی و لوکوموتیو های معدن استفاده می شوند. در شرایط هوایی بد نیز از این نوع باتری استفاده می شود. نوع دیگری از باتری های قلیایی باتری نیکل کادمیوم است. آن ها برای استارت موتور اصلی در خطوط هوایی تجاری، هواپیما های نظامی استفاده می شوند. بنابراین، می توان گفت که باتری قلیایی بیشتر در وسایل نقلیه در حال حرکت و اهداف صنعتی استفاده می شود.
