باتری های آلکالاین بخش ضروری از زندگی انسان امروز را تشکیل می دهند. آنها تقریبا در همه چیز از سمعک گرفته تا کنترل های از راه دور، اسباب بازی ها و غیره یافت می شوند. پیش بینی می شود بازار این نوع باتری ها روز به روز افزایش یابد. جالب است بدانید یکی از اولین باتری هایی که راه خود را برای کاربردهای تجاری باز نمود، باتری سرب استات بود. این نوع باتری ها در سال 1859 اختراع شد؛ اما هنوز هم در فناوری اولیه در باتری های قابل شارژ خودروها باقی مانده است. باتری هایی که امروزه می شناسیم برای اولین بار در سال 1959 معرفی شدند که به دلیل هزینه و کارایی بسیار محبوب هستند. در ادامه به بررسی دقیق تر این تجهیزات می پردازیم.
باتری آلکالاین چیست؟
باتری های قلیایی یا همان آلکالاین در واقع باتری های یکبار مصرفی هستند که از روی و دی اکسید منگنز که نقش الکترود را دارند، ساخته شدند. الکترولیت قلیایی موجود در این باتری ها، پتاسیم هیدروکسید یا سدیم هیدروکسید است. این تجهیزات عموما دارای ولتاژ ثابتی هستند و چگالی و مقاومت بهتری نسبت به باتری های کربن روی دارند. دلیل نام گذاری این باتری ها این است که در آنها از یک الکترولیت قلیایی مانند پتاسیم هیدروکسید استفاده می کنند. این تجهیزات در بسیاری از وسایل خانگی مانند پخش کننده های MP3، پخش کننده های سی دی، دوربین های دیجیتال، اسباب بازی ها، چراغ قوه ها و رادیو ها کاربرد دارند.
عناصر تشکیل دهنده:
عناصر اصلی تشکیل دهنده این باتری ها شامل:
- مواد آند: معمولا بر پایه روی
- مواد کاتد: معمولا بر پایه خمیر منگنز
- یک جدا کننده رسانا در الکترولیت قلیایی
- قاب فلزی و قطب مثبت
و پین جمع کننده که به قطب منفی متصل است.
در شکل بالا بخش های متنوع این نوع تجهیزات را مشاهده می نمایید.
انواع باتری قلیایی:
- سلول های D
- سلول های C
- سلول های AA
- سلول های AAA
- سلول های AAAA
- سلول های N
- سلول های 9 ولت
- سلول های دکمه ای
باتری های آلکالاین چگونه کار می کنند؟
در این نوع باتری ها یک سلول آند، کاتد و ماده الکترولیت وجود دارد. ماده الکترولیت، انتقال الکترون ها را ساده تر می کند. در یک باتری استاندارد، کاتد از دی اکسید منگنز ساخته شده که لایه ای را در داخل بدنه باتری تشکیل می دهد. آند از پودر روی پراکنده در محلول الکترولیت ساخته شده است و هیدروکسید پتاسیم (خرید پتاسیم هیدروکسید) محلول الکترولیت استاندارد، برای باتری های قلیایی است. سایر اجزای باتری شامل جداکننده و کلکتور است. عموما از جداکننده برای جدا نگه داشتن آند، کاتد و از کلکتور برای گرفتن الکترون استفاده می کنند.
زمانی که باتری به مدار وصل می شود یک واکنش شیمیایی انجام می شود. یک واکنش احیا در کاتد برای تولید یون هیدورکسیل را داریم. در همان زمان، آند روی با مصرف یون های هیدروکسیل که در طی آن الکترون ها آزاد می شوند، اکسید می شود. به طور کلی این الکترون ها هستند که دستگاه های الکتریکی را تغذیه می کنند. در این باتری ها زمانی که منابع لازم برای تکمیل واکنش شیمیایی تمام می شود، خالی می شود. در این تجهیزات اولین ماده شیمیایی که تمام می شود، دی اکسید منیزیم است؛ به این معنی که دیگر هیچ یون هیدروکسیل نمی تواند تشکیل شود و الکترون نیز آزاد نمی شود.
عوامل موثر بر عملکرد باتری های آلکالاین:
لازم به ذکر است که ولتاژ باتری در طول عمر آن کاهش می یابد. عموما دستگاه های الکتریکی می توانند به طور معمول در محدوده 0.9 تا 1.5 ولت کار کنند. در ادامه به عوامل موثر بر عملکرد این باتری ها می پردازیم. هر چه دما پایین تر باشد، این نوع تجهیزات کارایی کمتری دارند. دمای پایین در واقع از حرکت یون ها جلوگیری می کند. کاهش سرعت در فعالیت شیمیایی، ولتاژ باتری را کاهش می دهد در حالی که جریان کشیده شده ثابت می ماند. یکی دیگر از عوامل موثر بر عمر باتری قلیایی، میزان جریان مصرفی است. هر چه بار روی باتری بیشتر باشد، مواد شیمیایی سریع تر تخلیه می شوند و باتری زودتر خالی می شود.
باتری های آلکالاین قابل شارژ هستند؟
باتری های قلیایی قابل شارژ هستند؛ اما دارای معایب عمده ای هستند، برای مثال شما به یک شارژر مخصوص نیاز دارید که نسبتا گران است.
تفاوت بین باتری آلکالاین و معمولی:
این تجهیزات دارای چگالی انرژی بیشتر و ماندگاری بسیار طولانی تری هستند.
مزایای باتری های آلکالاین پتاسیم هیدروکسید:
پیش از اختراع این نوع باتری ها، رایج ترین نوع باتری، باتری کربن روی بود. اما عملکرد باتری های قلیایی بسیار فراتر از فناوری های قبلی بود. این نوع باتری ها دو برابر شدت انرژی بیشتری و بین چهار تا نه برابر طول عمر بیشتری دارند. این تجهیزات ماندگاری بسیار خوبی دارند و تا ده سال بدون کاهش عملکرد قابل توجه دوام می آورند.
باتری های قابل شارژ به دلیل کاهش ضایعات ناشی از شارژ مجدد، محبوبیت یافته اند. باتری های لیتیوم یونی، باتری هایی با کارایی بالا هستند که می توانند ظرفیت بسیار بالاتری نسبت به باتری های قلیایی ارائه دهند. اما آنها گران تر هستند، پس برای کاربرد در وسایل الکترونیکی روزانه گزینه های مناسبی به حساب نمی آیند.
ضایعات و بازیافت باتری های قلیایی:
این تجهیزات برای محیط زیست مضر نیستند. آنها حاوی مواد شیمیایی سمی مانند جیوه نیستند، به همین دلیل می توان آنها را به عنوان زباله های غیر خطرناک دفع کرد. با این وجود، بازیافت آنها بسیار بهتر از این است که آنها را به محل های دفع زباله بفرستید. هر باتری قلیایی، حاوی مقادیر کمی روی، منگنز و فولاد است که در صورت بازیابی می تواند آنها را مجددا استفاده نمود.
جمع بندی:
باتری های آلکالاین این روزها بخش مهمی از زندگی انسان ها را تشکیل می دهند. این تجهیزات در وسایل بسیاری یافت می شوند و مزایای بسیاری نسبت به دیگر باتری ها دارند. کاربرد پتاسیم هیدروکسید در باتری های قلیایی این است که به عنوان الکترولیت فعالیت می کنند. آنها حرکت الکترون ها را سریعتر و ساده تر می کنند. با توجه به حضور این ماده در این تجهیزات، آنها در دسته ی ترکیبات سمی و خطرناک قرار نمی گیرند و بازیافت آنها امکان پذیر است.
