تعریف باتری های ثانویه (قابل شارژ)

باتری های ثانویه (قابل شارژ):
تا قبل از همه گیر شدن تجهیزات الکترونیکی قابل حمل نظیر موبایل و لپتاپ، باتری هایی قابل شارژ، به دلیل دوام کم (زمان دشارژ پایین) از محبوبیت زیادی برخوردار نبودند.

اغلب باتری های قابل شارژ در دهه 1980 و 1990 باتری های نیکل-کادمیوم (nickel-cadmium) و یا نیکل متال هیدرید (nickel-metal-hydride) بودند.

یکی از باتری های قابل شارژ پر مصرف در آن دوران که همچنان نیز از آن ها استفاده می شود، باتری های قابل شارژ سرب - اسید (lead-acid) است که در خودرو ها از آن ها استفاده می شود. در ادامه به معرفی برخی باتری های قابل شارژ پر مصرف می پردازیم.

باتری سرب-اسید (Lead-Acid):
باتری های سرب - اسید که به نام باتری های ماشین در بازار موسوم هستند، غالباً از 6 سول 2ولت تشکیل شده اند که در مجموع، ولتاژ دو سر این نوع باتری ها 12 ولت است.

الکترود منفی در این نوع باتری از جنس فلزی سرب متخلخل (اسفنجی شکل) و الکترود مثبت آن از اکسید سرب (lead Dioxide) است. ماده الکترولیت نیز اسید سولفوریک (Sulfuric Acid) است.

به هنگام تخلیه (دشارژ) باتری های سرب - اسید، هر دو الکترود با لایه ای از سولفات سرب (Lead Sulfate) پوشانده شده و طی واکنش هایی، اسید سولفوریک به آب تبدیل می شود.

همان طور که بیان کردیم، اصلی ترین کاربرد باتری های سرب - اسید، تامین انرژی اولیه جهت روشن شدن موتور خودروها و روشنایی اتاق داخلی خودرو است.

شارژ دوباره این باتری به وسیله دینام یا آلترناتور (Alternator) صورت می گیرد. از مشکلات این نوع باتری ها می توان به وزن زیاد و خطرناک بودن فلز سرب برای انسان و محیط زیست اشاره کرد.

باتری نیکل کادمیوم (Nickel-Cadmium):
باتری های نیکل کادمیوم، به دلیل قیمت ارزانشان به طور عمده جایگزین باتری های یکبار مصرف 1.5 ولتی در استفاده های عادی و روزمره شده اند.

باتری های نیکل کادمیوم توانایی صدها بار شارژ و دشارژ را دارند و در صورت استفاده مناسب می توانند در چندین سال عمر مفید داشته باشند.

در این نوع باتری ها، الکترود مثبت از جنس nickel(III) oxide-hydroxide و الکترود منفی از جنس cadmium است. ماده الکترولیت نیز محلول قلیایی غلیط پتاسیوم هیدروکسید (Potassium Hydroxide) است.

باتری های نیکل کادمیوم دارای اثری موسوم به اثر حافظه (memory effect) در شارژ و دشارژ هستند.

این امر بدین معنی است که برای بهره بردن بیشتر از این نوع باتری ها، ابتدا باید به طور کامل تخلیه (دشاٰرژ) شوند و سپس آن ها را دوباره شارژ کرد.

یکی از مشکلات این باتری ها خطرناک بودن فلز کادمیوم برای انسان و محیط زیست است.

باتری نیکل هیدرید فلز (Nickel Metal Hydride: NiMH):
باتری های نیکل هیدرید فلزی به روشی مشابه باتری های نیکل کادمیوم عمل می کنند. یکی از مزایای این نوع باتری ها این است که دارای اثر حافظه کمتری نسبت با باتری های نیکل کادمیوم هستند. همچنین نگرانی های کمتری برای محیط زیست ایجاد می کنند.

کلمه فلز در عنوان این نوع باتری ها به صورت عمومی به کار می رود. به عبارت دیگر، الکترود منفی این نوع باتری ها می تواند جنس های مختلفی داشته باشد.

الکترود مثبت در باتری های NiMH از جنس نیکل اکسی هیدروکسید (همانند باتری های نیکل کادمیوم) و الکترود منفی آلیاژی است که جذب کننده هیدروژن باشد.

باتری لیتیوم یون (Lithium Ion):
باتری های لیتیوم یون، در حال حاضر سریع ترین نوع باتری های قابل شارژ بوده که در طیف وسیعی از تجهیزات الکترونیکی نظیر موبایل استفاده می شوند.

در مقام مقایسه، باتری های لیتیوم یون ظرفیتی دوبرابر نسبت به باتری های قابل شارژ نیکل کادمیوم در ابعاد مشابه دارند.

همچنین ولتاژ بالاتری داشته و سازگاری خوبی با محیط زیست دارند. باتری های لیتیوم یون با استفاده مناسب می توانند تا چند سال عمر مفید داشته باشند. البته بر حسب تجربه اکثر کاربران تلفن های هوشمند، بازدهی مناسب باتری های لیتیوم یون با استفاده روزمره بین 2 تا 3 سال است.

در باتری های لیتیومی یون به هنگام دشارژ، یون های لیتیوم از الکترود منفی به سمت الکترود مثبت می روند.

در زمان شارژ نیز این روند در جهت عکس انجام می شود. اهمیت پیشرفت و بهبود این نوع باتری ها آنقدر زیاد است که حتی جایزه نوبل شیمی سال 2019 را به خود اختصاص داد.