اصول عملکرد باتری

باتری ها به عنوان یک منبع متحرک انرژی عمل می کنند و به دستگاه هایی که با برق کار می کنند اجازه می دهند بدون اتصال مستقیم به پریز کار کنند. در حالی که انواع بسیاری از باتری ها وجود دارند، مفهوم اصلی عملکرد آنها مشابه است: یک یا چند سلول الکتروشیمیایی انرژی شیمیایی ذخیره شده را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. باتری معمولاً از یک محفظه فلزی یا پلاستیکی ساخته می شود که حاوی یک ترمینال مثبت (یک آند)، یک ترمینال منفی (یک کاتد) و الکترولیت هایی است که به یون ها اجازه می دهد بین آنها حرکت کنند. یک جداکننده (یک غشای پلیمری نفوذپذیر) مانعی بین آند و کاتد ایجاد می‌کند تا از اتصال کوتاه الکتریکی جلوگیری کند و در عین حال حمل حامل‌های بار یونی را که برای بستن مدار در طول عبور جریان لازم هستند، امکان‌پذیر می‌سازد. در نهایت، از یک کلکتور برای هدایت شارژ در خارج از باتری، از طریق دستگاه متصل استفاده می شود.

هنگامی که مدار بین دو پایانه کامل می شود، باتری از طریق یک سری واکنش ها برق تولید می کند. آند یک واکنش اکسیداسیون را تجربه می کند که در آن دو یا چند یون از الکترولیت با آند ترکیب می شوند تا ترکیبی تولید کنند و الکترون آزاد کنند. در همان زمان، کاتد از طریق یک واکنش کاهشی انجام می‌شود که در آن ماده کاتد، یون‌ها و الکترون‌های آزاد ترکیب می‌شوند. به بیان ساده، واکنش آند الکترون تولید می کند در حالی که واکنش در کاتد آنها را جذب می کند و از این فرآیند الکتریسیته تولید می شود. باتری به تولید برق ادامه می دهد تا زمانی که الکترودها مواد لازم برای ایجاد واکنش ها را تمام کنند.

تقسیم بندی باتری ها  از منظر قابلیت شارژ

باتری ها به دو نوع اصلی تقسیم می شوند: اولیه و ثانویه. باتری های اولیه (یکبار مصرف)، یک بار استفاده می شوند و به دلیل تغییر غیرقابل برگشت مواد الکترود در آنها در طول شارژ، بی استفاده می شوند. نمونه های رایج باتری روی کربن و همچنین باتری قلیایی مورد استفاده در اسباب بازی ها، چراغ قوه ها و بسیاری از دستگاه های قابل حمل است. باتری های ثانویه (قابل شارژ)، می توانند چندین بار تخلیه و شارژ شوند زیرا ترکیب اصلی الکترودها قادر به بازیابی عملکرد هستند. به عنوان مثال می توان به باتری های سرب اسیدی مورد استفاده در وسایل نقلیه و باتری های لیتیوم یونی مورد استفاده برای وسایل الکترونیکی قابل حمل اشاره کرد.

باتری ها در اشکال و اندازه های مختلف برای اهداف مختلف بی شماری وجود دارند. انواع مختلف باتری ها مزایا و معایب مختلفی را نشان می دهند. باتری‌های نیکل کادمیوم (NiCd) چگالی انرژی نسبتاً کمی دارند و در مواردی استفاده می‌شوند که عمر طولانی، سرعت تخلیه بالا و قیمت مقرون به صرفه کلیدی هستند. آنها را می توان در دوربین های فیلمبرداری و ابزارهای برقی و سایر موارد استفاده کرد. باتری های NiCd حاوی فلزات سمی هستند و برای محیط زیست ناسازگار هستند. باتری‌های نیکل-فلز هیدرید چگالی انرژی بالاتری نسبت به باتری‌های NiCd دارند، اما چرخه عمر کمتری نیز دارند. برنامه های کاربردی شامل تلفن همراه و لپ تاپ است. باتری های سرب اسیدی سنگین هستند و نقش مهمی در کاربردهای انرژی بزرگ ایفا می کنند، جایی که وزن مهم نیست اما قیمت اقتصادی آن مهم است. آنها در مواردی مانند تجهیزات بیمارستانی و روشنایی اضطراری رایج هستند.

باتری‌های لیتیوم یونیLi-ion  در مواردی استفاده می‌شوند که انرژی بالا و وزن کم اهمیت دارد، اما این فناوری شکننده است و برای اطمینان از ایمنی به مدار حفاظتی نیاز است. برنامه های کاربردی شامل تلفن های همراه و انواع مختلف کامپیوتر می باشد. باتری های لیتیوم یون پلیمر (لیتیوم پلیمر) بیشتر در تلفن های همراه یافت می شوند. آنها سبک وزن هستند و از شکل باریک تری نسبت به باتری های Li-ion برخوردار هستند. آنها همچنین معمولاً ایمن تر هستند و عمر طولانی تری دارند. با این حال، به نظر می رسد از آنجایی که باتری های لیتیوم یون ارزان تر هستند و چگالی انرژی بالاتری دارند، شیوع کمتری دارند.

باتری های مبتنی بر گرافن پتانسیل هیجان انگیزی دارند و در حالی که هنوز به طور کامل تجاری در دسترس نیستند، تحقیق و توسعه فشرده ای بر روی آنها در حال انجام است و امیدواریم در آینده نتایجی را به همراه داشته باشد. شرکت‌ها در سراسر جهان (از جمله سامسونگ، هواوی و دیگران) در حال توسعه انواع باتری‌های تقویت‌شده با گرافن هستند که برخی از آنها اکنون وارد بازار شده‌اند. کاربردهای اصلی در وسایل نقلیه الکتریکی و دستگاه های تلفن همراه است.

برخی از باتری ها از گرافن به روش های محیطی استفاده می کنند - نه در شیمی باتری. به عنوان مثال، در سال 2016، هواوی از باتری لیتیوم یونی جدید با گرافن پرده برداری کرد که از گرافن استفاده می کند تا در دمای بالاتر (60 درجه بر خلاف محدودیت 50 درجه موجود) کارایی داشته باشد و زمان کارکرد آن دو برابر شود. در این باتری از گرافن برای دفع بهتر گرما استفاده می شود - دمای کارکرد باتری را تا 5 درجه کاهش می دهد.

شرکت نانو مواد گستران پارس به عنوان یکی از تامین کنندگان بزرگ گرافن در ایران آماده ارائه مشاوره و تامین انواع گرافن آزمایشگاهی و صنعتی مورد نیاز کارخانه ها و محققان کشور می باشد.

برای دریافت مشاوره و تماس با کارشناسان ما می توانید با شماره تماس های 77372139-021 و یا شماره همراه 09358534280 تماس حاصل نمایید.