بیو باتری - جلسه چهارم
اهداف جلسه:
• آشنایی با باتری‌های لیتیومی
• آشنایی با ساختار باتری‌های پیشرفته لیتیومی
• آشنایی با استفاده بهینه و بهتر از باتری‌ها
• آشنایی با ساختار باتری ها
• آشنایی با علامت آند و کاتد
وسایل مورد نیاز:
• باتری معمولی
• باتری لیتیومی
مقدمه
در حال حاظر دیگر کسی تقریبا پیدا نمی شود که با باتری‌های لیتیومی در وسایل و گجت‌هایش سروکار نداشته باشد. از انواع موبایل ها گرفته تا لپ‌تاپ و ام پی تری پلیرها و دوربین‌های عکاسی و فیلم برداری همه از باتری‌های لیتیومی استفاده می‌کنند. مهمترین چیزی که کاربر باید درخصوص این باتری‌ها بداند نحوه شارژ آنها است، چون رابطه مستقیمی با طول عمر این نوع باتری‌ها دارد و همچنین از لحاظ محیط زیستی آن را بررسی نماید. برای این امر اول باید در مورد ساختار باتری های لیتیومی بدانیم.
4-1 ساختار باتری‌های پیشرفته لیتیومی
تولیدکنندگان باتری همیشه در راه بهبود باتری‌ها، استفاده از مواد شیمیایی جدیدتر با ظرفیت بالاتر و کاهش اندازه و وزن باتری‌ها حرکت کرده‌اند.
برای مثال Energizer ادعا می‌کند که باتری‌های سری Ultimate Lithium این شرکت، با دوام‌ترین باتری‌های سایز AA و AAA در جهان است. طبق اطلاعات موجود، این باتری‌ها 8 برابر باتری‌های معمولی، شارژ در خود نگه می‌دارند و یک سوم باتری‌های آلکالاین معمولی، وزن دارند. این باتری‌ها قادرند در شرایط عملیاتی فوق‌العاده بین 40- تا 60+ درجه سانتی‌گراد کار کنند. این باتری‌ها را تا 15 سال می‌توان نگهداری کرد. استفاده این باتری‌ها برای دستگاه‌های پیشرفته با تکنولوژی بالا مثل دوربین‌ها، ضبط کننده‌های موسیقی، ماوس و کیبورد و دستگاه‌های قابل حمل GPS توصیه می‌شود.
شرکت معروف Duracell نیز،یک باتری با نام power big طراحی کرده که از تکنولوژی انحصاری این شرکت با نام Nioxبهره می‌برد. این شرکت ادعا می‌کند با این باتری‌ها می‌توانید با دوربین دیجیتالی خود بیش از 2 برابر بیشتر نسبت به باتری‌های آلکالاین معمولی عکس بگیرید.
4-2 استفاده بهینه و بهتر از باتری‌ها
برای استفاده بهینه و بهتر از باتری‌ها بد نیست نکات زیر را بدانید:
- کیفیت تمام باتری‌ها با گذشت زمان کاهش می‌یابد، حتی اگر مورد استفاده قرار نگیرند.
- سرعت از دست رفتن شارژ باتری در دماهای پایین،کم‌تر است.
- نگهداری باتری در دماهای بسیار بالا یا بسیار پایین، روی ولتاژ خروجی باتری تاثیر می‌گذارد.
- باتری‌های با ترکیب شمیایی مختلف را هرگز در یک دستگاه استفاده نکنید.
- ترکیب باتری‌های قابل شارژ و غیر قابل شارژ را نیز روی یک دستگاه نباید استفاده کرد.
- باتری‌های آلکالاینی در شرایط استفاده معمولی یا عدم استفاده، نشتی ندارند. با این حال، دمای بالا، استفاده از باتری‌های نو و کارکرده درکنار هم و استفاده از باتری‌هایی با ترکیب شمیایی مختلف در کنار هم، احتمال نشتی را افزایش می‌دهد.
- نشتی باتری به شدت سوزش‌آور بوده و نباید در تماس با پوست قرار گیرد.
- برای رسیدن به بالاترین کارآیی، باتری‌های قابل شارژی که برای مدت طولانی استفاده نشده‌اند را قبل از استفاده، حتما شارژ کنید.
- اگر قرار باشد تا دستگاهی برای مدت طولانی استفاده نشود، باتری‌های آن‌را خارج کنید.
4-3 ساختار باتری ها
پیلی که به عنوان منبع انرژی الکتریکی بکار می‌رود، یک پیل ولتایی یا یک گالوانی نامیده می‌شود که از نام آلساندو ولتا و لوئیجی گالوانی، نخستین کسانی که تبدیل انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی را مورد آزمایش قرار دادند، گرفته شده است. در این پیل، نیم پیلی که در آن واکنش اکسیداسیون صورت می‌گیرد، نیم پیل آند و نیم پیلی که در آن واکنش کاهش یا احیا صورت می‌گیرد، نیم پیل کاتد نامیده می‌شود. در ترسیم یک پیل گالوانی ، نیم پیل آند در سمت چپ و نیم پیل کاتد در سمت راست نمایش داده می‌شود.
پیل دانیل
در یک دانیل ، نیم پیل سمت چپ شامل الکترودی از فلز روی و محلول ZnSO4 و نیم پیل سمت راست شامل الکترودی از فلز مس در یک محلول CuSO4 است. این دو نیم پیل توسط یک دیواره متخلخل از هم جدا شده‌اند. این دیواره از اختلاط مکانیکی محلولها ممانعت می‌کند، ولی یونها تحت تأثیر جریان الکتریکی از آن عبور می‌کنند. واکنش نیم پیل آند به صورت Zn(s) → Zn2 + (aq)+ 2e و واکنش نیم پیل کاتد به صورت (2e + 2 + Cu(aq) → Cu(s است.
آند
هرگاه الکترودهای روی و مس با یک سیم به هم متصل شوند، الکترون ها از الکترود روی به طرف الکترود مس جاری می‌شوند. در الکترود روی ، فلز روی اکسید می‌شود و به صورت یون های روی در می‌آید. این الکترود، آند پیل است و الکترون هایی که محصول اکسیداسیون هستند، از این قطب ، پیل را ترک می‌کنند.
کاتد
الکترون های ایجاد شده در آند ، از مدار خارجی گذشته به الکترود مس می‌رسند و در آنجا یون های مس II را کاسته و آنها را به مس فلزی تبدیل می‌سازند. مسی که بدین ترتیب تولید می‌شود، بر روی الکترود سمت راست می‌نشیند. الکترود مس ، کاتد پیل است که در آنجا الکترون ها وارد پیل (یا سلول) می‌شوند و کاهش یا احیا صورت می‌گیرد.
4-4 علامت آند و کاتد
چون الکترون ها در الکترود روی تولید می‌شوند، این آند به عنوان قطب منفی در نظر گرفته می‌شود. الکترون ها در مدار خارجی هر پیل ولتایی که در حال کارکردن است، از قطب منفی به طرف قطب مثبت سیر می‌کنند. بنابراین کاتد که در آنجا الکترونها در واکنش الکترودی مصرف می‌شوند، قطب مثبت است.
تکلیف1: با توجه به موضوعات مورد بحث در این درس در مورد ساختار باتری‌های پیشرفته لیتیومی تحقیق و بررسی نمایید و مطالب خود را دسته بندی کنید.
تکلیف2: یک باتر ی لیتیومی تهیه نمایید و با توجه به مطالب گفته شده در این درس ساختار باتری را بررسی کنید و اجزاء مختلف آن را نام ببرید. نتایج فعالیت خود را برای ما ارسال نمایید.
محل بازدید/ اردو/ خرید: _________
منابع مطالعه: برای کسب اطلاعات بیش تر در زمینه مطالب مرتبط این درس کتاب "انرژی زیستی برای محیط پاک تر" ترجمه دکتر محمد حسین عباسپور فرد را مطالعه نمایید.
مطالب مرتبط:
تهیه کننده: الهام گارسچی
تنظیم کننده: محبوبه همت
