همه ما در طول زندگی با انواع باتریها سر و كار داشتهایم و این روزها با پیشرفت تكنولوژی، دغدغه باتریهای تلفن همراه نیز به آن اضافه شده است.
مریم حسینی، متخصص الكتروشیمی و عضو هیئت علمی پژوهشگاه صنعت نفت، در گفتوگو با برنامه رادیوم درباره اینكه باتری چگونه كار میكند، گفت: «باتریها ژنراتورهای الكتریسیته هستند. در واقع مولدهایی هستند كه انرژی شیمیایی را به الكتریكی تبدیل میكنند.
هر باتری را كه در نظر بگیریم از تك«سِل» یا مجموعه «سل» تشكیل شده كه «سل» قلب باتری است.
هر «سل» یا «پیل» از دو الكترود (قطعه فلزی) و یك الكترولیت (هادی یونی) تشكیل شده است. در هر یكی از این الكترودها یك واكنش صورت میگیرد.
یك الكترود به نام «كاتود» (قطب مثبت باتری) داریم كه در آنجا واكنش احیا صورت میگیرد و فلزی كه آنجاست تمایل به جذب الكترون دارد و در «آنود» (قطب منفی باتری) واكنش عكس صورت میگیرد و الكترون از دست میدهد كه به آن «اكسیداسیون» میگویند.
الكترونی كه از آنود خارج میشود، از طریق مدار خارجی وارد كاتود میشود و در مسیر این سیم مدار خارجی، هر مصرفكنندهای كه بگذاریم میتواند از این جریان الكترونها استفاده كند.»
وی ادامه داد: «هر كدام از این واكنشها كه در آنود و كاتود صورت میگیرد، دارای پتانسیلی هستند كه مشخص و تعریف شدهاند.
پتانسیل یك باتری كه روی باتریها میبینیم (مثلا باتری یك ولتی یا 5/1 ولتی)، اختلاف پتانسیل قطب مثبت و منفی باتری است و بسته به نوع واكنش، این اختلاف پتانسیل متفاوت است.»
وی با اشاره به اینكه یونی كه در آنود تولید شده، از طریق هادی یونی به سمت كاتود حركت میكند و مدار الكتریكی تكمیل میشود، گفت: «ما در الكتروشیمی دو مدل «سل» داریم: سلهای گالوانیك و سلهای الكترولیزی.
در سلهای گالوانیك، همین كه دو فلز در كنار هم و در یك محیط هادی قرار میگیرند، پتانسیلهایشان به نحوی است كه تمایل دارند الكترون آزاد كنند و به یون تبدیل كنند و دیگری الكترون را بگیرد و جریان برقرار شود.
در اصل اینها خودشان مولد هستند و نیاز به اعمال جریان نیست و انرژی شیمیایی كه داخل سیستم هست به انرژی الكتریكی تبدیل میشود.
در باتریها از داخل با الكترولیت و از خارج با یك سیم جریان برقرار میشود. تا زمانی هم كه باتری را داخل محفظه نگذاریم، اتصال برقرار نمیشود.»
مریم حسینی درباره تنوع ساختار و مدل باتریها گفت: «در مجموع دو دستهبندی اساسی برای باتریها داریم؛ باتریهای نوع اول و باتریهای نوع دوم.
باتریهای نوع اول، باتریهایی هستند كه قابلیت شارژ ندارند و اصطلاحاً به آنها پرایمری میگوییم. مثل باتریهای قلمی و سكهای كه مواد تشكیل دهنده آن معمولاً روی و منگنزاكساید است.
الكترولیت آن كه خاصیت قلیایی دارد، آلكالاینی نام دارد. اما بسته به نوع كاربرد، فلزات و تركیباتی كه در باتریها استفاده میشود، متفاوت است.
همچنین باتریهای سكهای نسبت به باتریهای قلمی توان انرژی بالاتری دارند.»
وی درباره دلیل گذاشتن باتریهای نوع اول در آب گرم برای استفاده بیشتر از آن توضیح داد: «زمانی كه در باتری جریانی متصل میشود تا انرژی شیمیایی به الكتریكی تبدیل شود، یك مقاومتی وجود دارد.
زمانی كه مقاومت بیشتر از شدت جریان شود و در اصل ماده اولیه تمام شود، دیگر باتری كار نمیكند و آب گرم میتواند تاثیر اندكی بر هدایت یونی جریان داشته باشد و تا حدی بزرگتر شدن مقاومت از شدت جریان داخل باتری را به تعویق بیندازد.»
وی درباره باتریهای نوع دوم گفت: «باتریهای نوع دوم قابلیت شارژ دارند و با یك مكانیزم شارژی میتوانیم دوباره از آن استفاده كنیم. همانطور كه گفته شد دو نوع سل داریم و در سل الكترولیزی خود ما به وسیله یك منبع خارجی جریان به سیستم اعمال میكنیم و واكنشی كه مد نظر خودمان هست را روی آن اعمال میكنیم.
بنابراین در فرایند شارژ مجدد هم همین اتفاق میافتد و ما جریان برق به سیستم اعمال میكنیم و واكنش دِشارژ را برعكس میكنیم. این موضوع به ساختار داخلی باتریها بستگی دارد.
باتریهای نوع دوم مسلماً به دلیل قابلیت شارژ مجدد، طول عمر بالاتری دارند، از نوع اول گرانتر هستند و كاربردهای متنوعتری دارند.
باتریهای نوع دوم میتوانند انرژی الكتریكی را در خود ذخیره كنند و در موقع لزوم انرژی الكتریكی تولید كنند. مثل ماشینهای هیبریدی یا پاوربانكها.»
حسینی درباره علت باد كردن باتریها گفت: «هنگامی كه فرایند الكتروشیمیایی داخل باتری صورت میگیرد، بسته به تركیب داخل سیستم، یكسری گاز تولید میشود. این باد كردن میتواند ناشی از تجمع گاز باشد.»
وی درباره اینكه با شوك دادن به باتری میتوان باتری را تعمیر كرد، گفت: «پدیدهای در باتریهای قابل شارژ به نام «اثر حافظه» وجود دارد.
وقتی كه فرایند دشارژ در آن صورت میگیرد، فلز به یون تبدیل میشود و یكسری كریستالهای نمكی شكل به وجود میآید. در گذشته و برای باتریهای نیكل كادمیومی میگفتند كه باید صبر كنید باتری به صفر برسد و تا زمانی كه 100 درصد شارژ نشده، آن را جدا نكنید.
چون اگر مثلاً زمانی كه باتری 40درصد شارژ شده بود، آن را از برق میكشیدید، اثر حافظه باتری اینگونه عمل میكرد كه فقط میتواند تا 40درصد را شارژ كند و تجمع كریستالهای نمكی در آن نقطه اتفاق میافتاد.
با شوك دادن به باتری، شاید ولتاژ بیشتری به باتری وصل میشود كه سبب میشود این كریستالها حركت كند و دوباره به شارژ كامل برسد.»
وی درباره اثرات محیط زیستی باتریها گفت: «باتری یك شر مورد نیاز است.
باتریها تماماً آلوده كننده محیط زیست هستند و بعد از اینكه تمام میشوند، باید آنها را چكار كرد؟ باید یك مدیریتی باشد كه آنها را جمعآوری كند و بازیافتی برای آن داشته باشد.
اگر باتریهای تمام شده در فضا رها شوند، بر اثر مرور زمان مواد داخلیشان كه اكثراً فلزهای سنگین هستند، وارد اكوسیستم میشوند و اثرات ناهنجاری بر گیاهان و حیوانات دارند.
باید اینگونه باشد كه باتریها را جمعآوری كرده و به مراكز بازیافت تحویل دهیم. البته نمیدانم كه در مراكز بازیافت كشور و كلانشهرهای ما، باتری هم قبول میكنند یا خیر.»
مریم حسینی در پایان درباره بهترین روش پیشنهادی شارژ گوشی كه بیشترین طول عمر باتری را داشته باشد، گفت: «اگر باتری لیتیم آیم است، احتیاج نیست كه صفر و صدی شارژ شود، اما باتریهای نیكل كادمیومی باید صفر و صدی شارژ شوند.»