باتری: نیروگاههای کوچک جیبی
باتری از چه چیزهایی ساخته شده است؟
یک باتری، مثل یک کپسول انرژی است. داخل این کپسول، مواد شیمیایی خاصی قرار دارند که با انجام یک واکنش شیمیایی، انرژی ذخیره شده در خود را به شکل انرژی الکتریکی آزاد میکنند. برای اینکه این اتفاق منظم و قابل استفاده باشد، هر باتری از چند بخش اصلی تشکیل شده است.
| نام قطعه | نقش و وظیفه | مثال ملموس |
|---|---|---|
| قطب مثبت (آند) | در واکنش شیمیایی از دست میدهد و الکترون تولید میکند. مثل سرچشمۀ آب. | سر + (قرمز) باتری قلمی یا انتهای رویی باتری ساعت مچی. |
| قطب منفی (کاتد) | الکترونها را میگیرد و در واکنش شیمیایی، کاهش مییابد. مثل نقطۀ تخلیه آب. | سر - (سیاه یا مسطح) باتری قلمی یا پشت باتری ساعت مچی. |
| الکترولیت | مادهای است که یونها (ذرات باردار) میتوانند در آن حرکت کنند و مدار الکتریکی را در داخل باتری کامل کنند. | مایع یا خمیر داخل باتری. مثل ژل داخل باتری موبایل. |
| جداکننده | از تماس مستقیم قطب مثبت و منفی جلوگیری میکند، اما به یونها اجازۀ عبور میدهد. | مثل یک فیلتر یا دیوارۀ نازک متخلخل. |
| پوشش خارجی | همۀ این مواد را در خود نگه میدارد و از نشت مواد شیمیایی و خطرات آن جلوگیری میکند. | پوشش فلزی یا پلاستیکی دور باتری. |
وقتی دو سر باتری به یک مدار الکتریکی (مثل سیمهای یک چراغ قوه) وصل میشود، یک مسیر بسته ایجاد میشود. در داخل باتری، واکنش شیمیایی شروع میشود: الکترونها از قطب منفی (که دوست دارند از دستش بدهند) خارج شده، از طریق سیم و وسیله (مثلاً لامپ) حرکت کرده و به قطب مثبت بازمیگردند. این حرکت الکترونها همان جریان الکتریکی است که باعث روشن شدن لامپ یا حرکت موتور اسباببازی میشود.
انواع باتری: یکبارمصرف در مقابل قابلشارژ
باتریها را میتوان بر اساس قابلیت استفادهی مجدد، به دو دستۀ اصلی تقسیم کرد. انتخاب هر کدام بستگی به نوع وسیله و هزینۀ موردنظر ما دارد.
| نوع باتری | اصل کار | مزایا | معایب / نکات | کاربردهای رایج |
|---|---|---|---|---|
| یکبارمصرف (باتری قلیایی معمولی) |
واکنش شیمیایی در یک جهت و به صورت غیرقابل بازگشت انجام میشود. وقتی مواد اولیه تمام شد، باتری "میمیرد". | قیمت اولیۀ کمتر، نگهداری آسان، آمادهبهکار. | هزینۀ طولانیمدت بالا، تولید پسماند زیاد، آسیب به محیطزیست. | کنترل از راهدور، چراغ قوههای معمولی، برخی اسباببازیها، ساعتهای دیواری. |
| قابلشارژ (باتری لیتیومیون، نیکلمتالهیدرید) |
واکنش شیمیایی آن واگرد است. با دادن انرژی الکتریکی (شارژ کردن)، مواد به حالت اولیه برمیگردند و باتری دوباره قابل استفاده میشود. | صرفهجویی اقتصادی در بلندمدت، دوستدار محیطزیست (پسماند کمتر). | قیمت اولیه بالاتر، نیاز به دستگاه شارژر، ممکن است با گذشت زمان ظرفیت خود را از دست بدهند. | گوشی موبایل، لپتاپ، تبلت، کنسول بازی، دوربین دیجیتال، خودروهای برقی. |
$Zn + 2MnO_2 \rightarrow ZnO + Mn_2O_3$
در اینجا روی (Zn) در قطب منفی مصرف شده و به اکسید روی (ZnO) تبدیل میشود و همین حرکت الکترونها را ایجاد میکند.
کاربردهای شگفتانگیز باتری در زندگی روزمره
اگر دقیق به اطراف خود نگاه کنید، دهها وسیله را میبینید که وجودشان وابسته به یک باتری است. بیایید چند مثال بزنیم:
وسایل شخصی و ارتباطی: مهمترین مثال، گوشی همراه شماست. باتری لیتیومیونی قدرتمند داخل آن، این امکان را میدهد که ساعتها فیلم ببینید، بازی کنید یا با دوستانتان چت کنید. ساعت مچی، هندزفری بیسیم و لپتاپ دیگر نمونهها هستند.
وسایل خانگی و کمککننده:کنترل از راهدور تلویزیون یا کولر، مسواک برقی، ترازوی دیجیتال آشپزخانه و حتی برخی از چاقوهای برقی همگی با باتری کار میکنند. در برخی خانهها، دزدگیر و چشم الکترونیکی درب هم با باتری پشتیبانی میشوند.
حملونقل و سرگرمی:خودروهای اسباببازی کنترل از راهدور شما، کنسول بازی پرتابل و چراغهای LED روی دوچرخه با باتری کار میکنند. در سطح بزرگتر، خودروهای برقی و هیبریدی از باتریهای بسیار بزرگ و قدرتمندی استفاده میکنند که جایگزین بنزین شدهاند!
وسایل ضروری و امدادی: یک چراغ قوه در مواقع قطعی برق یا هنگام کمپ، یک وسیلۀ نجاتبخش است. رادیوهای موجگیر اضطراری، دستگاه سنجش قند خون و برخی وسایل پزشکی قابل حمل دیگر نیز به باتری وابستهاند.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاسخ:هرگز! این کار بسیار خطرناک است. باتریهای یکبارمصرف برای شارژ مجدد ساخته نشدهاند. انجام این کار میتواند باعث گرمایش شدید، نشت مواد شیمیایی سمی، آتشسوزی یا حتی انفجار شود.
پاسخ: زیرا مواد شیمیایی داخل باتری (مانند جیوه، سرب، کادمیوم) اگر نشت کنند، میتوانند خاک و آبهای زیرزمینی را آلوده کنند و برای سلامت انسانها، حیوانات و گیاهان بسیار مضر باشند. باتریهای فرسوده را باید در جایگاههای بازیافت باتری بیندازیم که در برخی فروشگاهها یا محلهها وجود دارد.
پاسخ: باتریهای قابلشارژ (مخصوصاً لیتیومیون) مانند انسان پیر میشوند! هر چرخۀ شارژ و دشارژ کامل، کمی از ظرفیت کلی باتری را کاهش میدهد. همچنین، قرار دادن گوشی در معرض گرمای زیاد (مثل تابش مستقیم آفتاب در ماشین) یا همیشه آن را 100% شارژ نگه داشتن، این فرآیند پیری را سریعتر میکند.
باتری یک وسیلۀ تبدیلکنندۀ انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی است که زندگی مدرن ما را ممکن ساخته است. از اجزای سادۀ آن یعنی دو قطب، الکترولیت و جداکننده گرفته تا انواع مختلف یکبارمصرف و قابلشارژ، همگی در خدمت یک هدف هستند: ایجاد جریان برق قابل حمل. با شناخت بهتر باتریها، کاربردهای گستردۀ آنها و رعایت نکات ایمنی و زیستمحیطی، میتوانیم هم از این فناوری مفید بهتر استفاده کنیم و هم مسئولیتپذیر باشیم.
پاورقی
در این مقاله از برخی اصطلاحات علمی استفاده شد که معادل انگلیسی و تعریف مختصر آنها در زیر آمده است:
1. آند (Anode): قطب منفی باتری که در واکنش اکسیداسیون، الکترون از دست میدهد.
2. کاتد (Cathode): قطب مثبت باتری که در واکنش کاهش، الکترون میگیرد.
3. الکترولیت (Electrolyte): محیطی که انتقال یونها (ذرات باردار) در آن صورت میگیرد و جریان داخلی باتری را کامل میکند.
4. واکنش واگرد (Reversible Reaction): نوعی واکنش شیمیایی که در شرایط مناسب میتواند به سمت تشکیل مواد اولیه بازگردد. اساس کار باتریهای قابلشارژ است.
5. باتری لیتیومیون (Lithium-ion Battery): نوع رایج و پرانرژی از باتریهای قابلشارژ که در گوشیهای همراه و لپتاپها استفاده میشود.
