باتری برقی

منبع تغذیه با سلول های الکتروشیمیایی

باتری الکتریکی منبع انرژی الکتریکی است که از یک یا چند سلول الکتروشیمیایی با اتصالات خارجی ^[1] برای تامین انرژی دستگاه های الکتریکی تشکیل شده است . هنگامی که یک باتری برق را تامین می کند، ترمینال مثبت آن کاتد و ترمینال منفی آن آند است . ^[2] ترمینال با علامت منفی منبع الکترون هایی است که از طریق یک مدار الکتریکی خارجی به سمت پایانه مثبت جریان می یابد. هنگامی که یک باتری به یک بار الکتریکی خارجی متصل می شود، یک واکنش ردوکس، واکنش دهنده های پرانرژی را به محصولات کم انرژی تبدیل می کند و اختلاف انرژی آزاد به عنوان انرژی الکتریکی به مدار خارجی تحویل می شود. از لحاظ تاریخی اصطلاح "باتری" به طور خاص به دستگاهی اطلاق می شود که از سلول های متعدد تشکیل شده است. با این حال، استفاده از دستگاه‌های متشکل از یک سلول منفرد تکامل یافته است. ^[3]

باتری های اولیه (یک بار مصرف یا "یکبار مصرف") یک بار استفاده می شوند و دور انداخته می شوند ، زیرا مواد الکترود به طور برگشت ناپذیری در حین تخلیه تغییر می کنند. یک مثال معمول باتری قلیایی است که برای چراغ قوه و بسیاری از دستگاه های الکترونیکی قابل حمل استفاده می شود. باتری های ثانویه (قابل شارژ) را می توان چندین بار با استفاده از جریان الکتریکی اعمال شده تخلیه و شارژ کرد. ترکیب اصلی الکترودها را می توان با جریان معکوس بازیابی کرد. نمونه‌ها عبارتند از باتری‌های سرب اسیدی مورد استفاده در وسایل نقلیه و باتری‌های لیتیوم یونی که برای وسایل الکترونیکی قابل حمل مانند لپ‌تاپ و تلفن‌های همراه استفاده می‌شوند .

باتری‌ها اشکال و اندازه‌های مختلفی دارند، از سلول‌های مینیاتوری که برای تامین انرژی سمعک و ساعت‌های مچی استفاده می‌شوند تا، در بزرگ‌ترین حالت، بانک‌های باتری بزرگ به اندازه اتاق‌هایی که برق آماده به کار یا اضطراری را برای مبادلات تلفن و مراکز داده رایانه فراهم می‌کنند . باتری ها انرژی ویژه (انرژی در واحد جرم) بسیار کمتری نسبت به سوخت های معمولی مانند بنزین دارند . در خودروها، این تا حدودی با راندمان بالاتر موتورهای الکتریکی در تبدیل انرژی الکتریکی به کار مکانیکی در مقایسه با موتورهای احتراقی جبران می شود.

تاریخچه

اختراع

بنجامین فرانکلین برای اولین بار در سال 1749 زمانی که در حال انجام آزمایشات با الکتریسیته با استفاده از مجموعه ای از خازن های لیدن متصل شده بود، از اصطلاح "باتری" استفاده کرد . ^[4] فرانکلین تعدادی از کوزه ها را در آنچه که او به عنوان "باتری" توصیف کرد، گروه بندی کرد و از اصطلاح نظامی برای عملکرد سلاح ها با هم استفاده کرد. ^[5] با ضرب تعداد شناورهای نگهدارنده، بار قوی‌تری می‌توان ذخیره کرد و توان بیشتری در هنگام تخلیه در دسترس بود.

فیزیکدان ایتالیایی، الساندرو ولتا، اولین باتری الکتروشیمیایی، شمع ولتایی را در سال 1800 ساخت و توصیف کرد ^. از زمان ولتا متوجه نشد که ولتاژ به دلیل واکنش های شیمیایی است. او فکر می‌کرد که سلول‌هایش منبعی پایان‌ناپذیر انرژی هستند، ^[7] و اثرات خوردگی مرتبط در الکترودها به‌جای یک پیامد اجتناب‌ناپذیر عملکرد آن‌ها، همانطور که مایکل فارادی در سال 1834 نشان داد، یک مزاحمت صرف است ^.

اگرچه باتری‌های اولیه برای مقاصد تجربی ارزش زیادی داشتند، ^[9] در عمل ولتاژ آن‌ها در نوسان بود و نمی‌توانستند جریان زیادی را برای یک دوره پایدار فراهم کنند. سلول دانیل که در سال 1836 توسط شیمیدان بریتانیایی جان فردریک دانیل اختراع شد ، اولین منبع عملی الکتریسیته بود که به یک استاندارد صنعتی تبدیل شد و به‌عنوان منبع انرژی برای شبکه‌های تلگراف الکتریکی مورد استفاده گسترده قرار گرفت . ^[10] شامل یک دیگ مسی پر از محلول سولفات مس بود که در آن یک ظرف سفالی بدون لعاب پر از اسید سولفوریک و یک الکترود روی غوطه ور بود. ^[11]

این سلول‌های مرطوب از الکترولیت‌های مایع استفاده می‌کردند که در صورت عدم استفاده صحیح، مستعد نشت و ریزش بودند. بسیاری از ظروف شیشه ای برای نگهداری اجزای خود استفاده می کردند که آنها را شکننده و بالقوه خطرناک می کرد. این ویژگی ها سلول های مرطوب را برای وسایل قابل حمل نامناسب می کرد. در اواخر قرن نوزدهم، اختراع باتری‌های سلولی خشک که الکترولیت مایع را با خمیر جایگزین می‌کرد، وسایل الکتریکی قابل حمل را کاربردی کرد. ^[12]

باتری‌ها در دستگاه‌های لوله خلاء در گذشته از سلول مرطوب برای باتری "A" (برای تامین برق رشته) و یک سلول خشک برای باتری "B" (برای تامین ولتاژ صفحه) استفاده می‌کردند. ^{[ نیازمند منبع ]}

آینده

بین سال‌های 2010 و 2018، تقاضای باتری سالانه 30 درصد رشد کرد و در مجموع به 180  گیگاوات ساعت در سال 2018 رسید. به طور محافظه‌کارانه، انتظار می‌رود که نرخ رشد در حدود 25 درصد حفظ شود و تقاضا در سال 2030 به 2600 گیگاوات ساعت برسد. انتظار می رود کاهش هزینه ها باعث افزایش بیشتر تقاضا به 3562 گیگاوات ساعت شود. ^[13]

دلایل مهم برای این نرخ بالای رشد صنعت باتری‌های الکتریکی عبارتند از: برق‌رسانی حمل‌ونقل، ^[13] و استقرار در مقیاس بزرگ در شبکه‌های برق، ^[13] که توسط حرکت‌های انسانی ناشی از تغییرات آب و هوایی از منابع انرژی احتراق شده با سوخت فسیلی پشتیبانی می‌شود. به منابع پاک تر، تجدید پذیر و رژیم های انتشار دقیق تر.

باتری‌های الکتریکی توزیع‌شده، مانند باتری‌های مورد استفاده در وسایل نقلیه الکتریکی باتری ( خودرو به شبکه )، و در ذخیره‌سازی انرژی خانگی ، با اندازه‌گیری هوشمند و که برای پاسخگویی به تقاضا به شبکه‌های هوشمند متصل هستند ، شرکت‌کنندگان فعال در شبکه‌های تامین برق هوشمند هستند. ^[14] روش‌های جدید استفاده مجدد، مانند استفاده سطحی از باتری‌های نیمه استفاده‌شده، به کاربرد کلی باتری‌های الکتریکی، کاهش هزینه‌های ذخیره‌سازی انرژی، و همچنین کاهش اثرات آلودگی/انتشار به دلیل عمر طولانی‌تر می‌افزاید. در استفاده سطحی از باتری‌ها، باتری‌های الکتریکی وسایل نقلیه که ظرفیت باتری آن‌ها به کمتر از 80 درصد کاهش می‌یابد، معمولاً پس از 5 تا 8 سال خدمت، برای استفاده به عنوان منبع پشتیبان یا برای سیستم‌های ذخیره انرژی تجدیدپذیر استفاده می‌شوند. ^[15]

ذخیره انرژی در مقیاس شبکه، استفاده در مقیاس بزرگ از باتری ها برای جمع آوری و ذخیره انرژی از شبکه یا نیروگاه و سپس تخلیه آن انرژی در زمان بعدی برای ارائه برق یا سایر خدمات شبکه در صورت نیاز را در نظر می گیرد. ذخیره انرژی در مقیاس شبکه (چه کلید در دست یا توزیع شده) اجزای مهم شبکه های منبع تغذیه هوشمند هستند. ^[16]

شیمی و اصول

یک سلول ولتایی برای اهداف نمایشی. در این مثال دو نیم سلول توسط یک پل نمکی به هم متصل شده اند که امکان انتقال یون ها را فراهم می کند.

باتری ها انرژی شیمیایی را مستقیماً به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند . در بسیاری از موارد، انرژی الکتریکی آزاد شده تفاوت در انرژی‌های پیوستگی ^[17] یا پیوند فلزات، اکسیدها یا مولکول‌های تحت واکنش الکتروشیمیایی است. به عنوان مثال، انرژی را می توان در روی یا لیتیوم که فلزات پرانرژی هستند ذخیره کرد، زیرا برخلاف فلزات واسطه با پیوند الکترون d تثبیت نمی شوند . باتری ها به گونه ای طراحی شده اند که واکنش ردوکس مطلوب انرژی تنها زمانی رخ دهد که الکترون ها در قسمت خارجی مدار حرکت کنند.

یک باتری از تعدادی سلول ولتایی تشکیل شده است . هر سلول از دو نیم سلول تشکیل شده است که به صورت سری توسط یک الکترولیت رسانا حاوی کاتیون های فلزی به هم متصل شده اند . یک نیم سلول شامل الکترولیت و الکترود منفی است، الکترودی که آنیون ها (یون های دارای بار منفی) به آن مهاجرت می کنند. نیمه سلول دیگر شامل الکترولیت و الکترود مثبت است که کاتیونها ( یونهای دارای بار مثبت ) به سمت آنها مهاجرت می کنند. کاتیون ها در کاتد احیا می شوند (الکترون ها اضافه می شوند) در حالی که اتم های فلز در آند اکسید می شوند (الکترون ها حذف می شوند). ^[18] برخی از سلول ها از الکترولیت های مختلف برای هر نیم سلول استفاده می کنند. سپس از یک جداکننده برای جلوگیری از اختلاط الکترولیت ها استفاده می شود و در عین حال به یون ها اجازه می دهد بین نیم سلول ها جریان پیدا کنند تا مدار الکتریکی کامل شود.

هر نیم سلول دارای یک نیروی الکتروموتور ( emf ، اندازه گیری شده بر حسب ولت) نسبت به یک استاندارد است . emf خالص سلول تفاوت بین emfs نیم سلول های آن است. ^[19] بنابراین ، اگر الکترودها دارای emfs و . به عبارت دیگر، emf خالص تفاوت بین پتانسیل‌های کاهش نیمه‌واکنش‌ها است . ^[20] ${\displaystyle {\mathcal {E}}_{1}}$ ${\displaystyle {\mathcal {E}}_{2}}$ ${\displaystyle {\mathcal {E}}_{2}-{\mathcal {E}}_{1}}$

نیروی محرکه الکتریکی یا در سراسر پایانه های یک سلول به عنوان ولتاژ پایانه (تفاوت) شناخته می شود و بر حسب ولت اندازه گیری می شود . ^[21] ولتاژ پایانه سلولی که نه شارژ می شود و نه تخلیه می شود، ولتاژ مدار باز نامیده می شود و برابر با emf سلول است. به دلیل مقاومت داخلی، ^[22] ولتاژ ترمینال سلولی که در حال تخلیه است از ولتاژ مدار باز کوچکتر است و ولتاژ پایانه سلولی که در حال شارژ است از ولتاژ مدار باز بیشتر است. ^[23] یک سلول ایده‌آل مقاومت داخلی ناچیزی دارد، بنابراین ولتاژ پایانه‌ای ثابت را تا زمانی که تمام شود حفظ می‌کند، سپس به صفر می‌رسد. اگر چنین سلولی 1.5 ولت را حفظ می کرد و بار یک کولن تولید می کرد، در صورت تخلیه کامل، 1.5 ژول کار می کرد . ^[21] در سلول های واقعی، مقاومت داخلی در هنگام تخلیه افزایش می یابد ^[22] و ولتاژ مدار باز نیز تحت تخلیه کاهش می یابد. اگر ولتاژ و مقاومت در برابر زمان رسم شوند، نمودارهای حاصل معمولاً یک منحنی هستند. شکل منحنی با توجه به شیمی و آرایش داخلی استفاده شده متفاوت است. ${\displaystyle \displaystyle {\Delta V_{bat}}}$ ${\displaystyle {\mathcal {E}}}$

ولتاژ ایجاد شده در پایانه های سلول به آزاد شدن انرژی واکنش های شیمیایی الکترودها و الکترولیت آن بستگی دارد . سلول های قلیایی و روی-کربن دارای ترکیبات شیمیایی متفاوتی هستند، اما تقریباً EMF یکسان 1.5 ولت است. به همین ترتیب سلول‌های NiCd و NiMH دارای ترکیب شیمیایی متفاوتی هستند، اما تقریباً emf مشابه ۱.۲ ولت هستند. ^[24] تغییرات پتانسیل الکتروشیمیایی بالا در واکنش‌های ترکیبات لیتیوم به سلول‌های لیتیوم 3 ولت یا بیشتر می‌دهد. ^[25]

تقریباً هر جسم مایع یا مرطوبی که دارای یون کافی برای رسانایی الکتریکی باشد، می تواند به عنوان الکترولیت یک سلول عمل کند. به عنوان یک امر جدید یا علمی، می توان دو الکترود ساخته شده از فلزات مختلف را در یک لیمو ، ^[26] سیب زمینی، ^[27] و غیره وارد کرد و مقدار کمی الکتریسیته تولید کرد.

یک شمع ولتایی را می توان از دو سکه (مانند یک نیکل و یک پنی ) و یک تکه حوله کاغذی آغشته به آب نمک درست کرد . چنین شمع ولتاژ بسیار کمی تولید می کند، اما، زمانی که بسیاری از آنها به صورت سری روی هم قرار می گیرند ، می توانند باتری های معمولی را برای مدت کوتاهی جایگزین کنند. ^[28]

انواع

باتری های اولیه و ثانویه

از بالا به پایین: یک باتری بزرگ 4.5 ولتی 3R12 ، یک سلول D ، یک سلول C ، یک سلول AA ، یک سلول AAA، یک سلول AAAA ، یک باتری A23 ، یک باتری 9 ولتی PP3 و یک جفت سلول دکمه ای (CR2032 و LR44)

باتری ها به دو شکل اولیه و ثانویه طبقه بندی می شوند:

• باتری های اولیه طوری طراحی شده اند که تا زمان اتمام انرژی مورد استفاده قرار گیرند و سپس دور ریخته شوند. واکنش‌های شیمیایی آن‌ها معمولاً برگشت‌پذیر نیستند، بنابراین نمی‌توان آن‌ها را دوباره شارژ کرد. هنگامی که منبع واکنش دهنده ها در باتری تمام شود، باتری تولید جریان را متوقف می کند و بی فایده است. ^[29]
• باتری های ثانویه قابل شارژ هستند. یعنی آنها می توانند با اعمال جریان الکتریکی به سلول واکنش های شیمیایی خود را معکوس کنند. این واکنش‌دهنده‌های شیمیایی اصلی را بازسازی می‌کند، بنابراین می‌توان از آن‌ها چندین بار استفاده، شارژ و دوباره استفاده کرد. ^[30]

برخی از انواع باتری های اولیه مورد استفاده، به عنوان مثال، برای مدارهای تلگراف ، با جایگزینی الکترودها به کار بازگردانده شدند. ^[31] باتری های ثانویه به دلیل اتلاف مواد فعال، از دست دادن الکترولیت و خوردگی داخلی به طور نامحدود قابل شارژ نیستند.

باتری های اولیه یا سلول های اولیه می توانند بلافاصله در مونتاژ جریان تولید کنند. اینها معمولاً در دستگاه‌های قابل حملی که تخلیه جریان پایینی دارند، فقط به صورت متناوب استفاده می‌شوند یا به‌خوبی دور از منبع تغذیه جایگزین استفاده می‌شوند، مانند مدارهای هشدار و ارتباطی که در آن‌ها نیروی الکتریکی دیگر فقط به طور متناوب در دسترس است، استفاده می‌شوند. سلول های اولیه یکبار مصرف را نمی توان به طور قابل اعتمادی شارژ کرد، زیرا واکنش های شیمیایی به راحتی قابل برگشت نیستند و ممکن است مواد فعال به شکل اولیه خود برنگردند. سازندگان باتری توصیه می کنند از تلاش برای شارژ مجدد سلول های اولیه خودداری کنید. ^[32] به طور کلی، این باتری‌ها چگالی انرژی بالاتری نسبت به باتری‌های قابل شارژ دارند، ^{[33] اما باتری‌های یکبار مصرف در کاربردهای با تخلیه بالا با} بارهای کمتر از 75 اهم (75 Ω) عملکرد خوبی ندارند . انواع متداول باتری های یکبار مصرف شامل باتری های روی کربنی و باتری های قلیایی است .

باتری های ثانویه، همچنین به عنوان سلول های ثانویه یا باتری های قابل شارژ شناخته می شوند ، باید قبل از اولین استفاده شارژ شوند. آنها معمولاً با مواد فعال در حالت تخلیه مونتاژ می شوند. باتری‌های قابل شارژ با اعمال جریان الکتریکی (دوباره) شارژ می‌شوند، که واکنش‌های شیمیایی را که در هنگام تخلیه/استفاده رخ می‌دهد معکوس می‌کند. دستگاه هایی که جریان مناسب را تامین می کنند شارژر نامیده می شوند. قدیمی ترین شکل باتری های قابل شارژ باتری سرب اسیدی است که به طور گسترده در کاربردهای خودروسازی و قایق رانی استفاده می شود. این فناوری حاوی الکترولیت مایع در یک محفظه بدون مهر و موم است که لازم است باتری در حالت عمودی نگه داشته شود و منطقه به خوبی تهویه شود تا از پراکندگی ایمن گاز هیدروژنی که در هنگام شارژ بیش از حد تولید می کند اطمینان حاصل شود . باتری سرب اسید نسبت به مقدار انرژی الکتریکی که می تواند تامین کند نسبتا سنگین است. هزینه ساخت پایین و سطوح بالای جریان موج آن باعث می شود که در جایی که ظرفیت آن (بیش از 10 Ah) مهمتر از وزن و مسائل مربوط به حمل و نقل باشد رایج است. یک کاربرد متداول باتری ماشین مدرن است که به طور کلی می تواند حداکثر جریان 450 آمپر را ارائه دهد .

ترکیب

نقاشی خط یک سلول خشک: 1. کلاهک برنجی، 2. مهر و موم پلاستیکی، 3. فضای انبساط، 4. مقوا متخلخل، 5. قوطی روی، 6. میله کربن، 7. مخلوط شیمیایی

بسیاری از انواع سلول های الکتروشیمیایی، با فرآیندها و طرح های شیمیایی متفاوت، از جمله سلول های گالوانیکی ، سلول های الکترولیتی ، سلول های سوختی ، سلول های جریان و شمع های ولتایی تولید شده اند . ^[34]

باتری سلول مرطوب دارای الکترولیت مایع است . نام های دیگر سلول غرقابی است ، زیرا مایع تمام قسمت های داخلی یا سلول تهویه شده را می پوشاند ، زیرا گازهای تولید شده در حین کار می توانند به هوا فرار کنند. سلول‌های مرطوب پیش‌ساز سلول‌های خشک بودند و معمولاً به عنوان یک ابزار یادگیری برای الکتروشیمی استفاده می‌شوند . آنها را می توان با تجهیزات آزمایشگاهی معمولی، مانند لیوان ، برای نمایش نحوه عملکرد سلول های الکتروشیمیایی ساخت. نوع خاصی از سلول مرطوب که به عنوان سلول غلظت شناخته می شود در درک خوردگی مهم است . سلول های مرطوب ممکن است سلول های اولیه (غیر قابل شارژ) یا سلول های ثانویه (قابل شارژ) باشند. در اصل، تمام باتری‌های اولیه کاربردی مانند سلول دانیل به صورت سلول‌های مرطوب شیشه‌ای روباز ساخته می‌شدند. سلول های مرطوب اولیه دیگر عبارتند از سلول لکلانچ ، سلول گرو ، سلول بونسن ، سلول اسید کرومیک ، سلول کلارک و سلول وستون . شیمی سلولی Leclanche با اولین سلول های خشک سازگار شد. سلول‌های مرطوب هنوز در باتری‌های خودرو و در صنعت برای برق آماده به کار برای تابلو برق ، مخابرات یا منابع برق اضطراری بزرگ استفاده می‌شوند ، اما در بسیاری از مکان‌ها از باتری‌هایی با سلول‌های ژل استفاده شده است. این برنامه ها معمولا از سلول های سرب-اسید یا نیکل-کادمیم استفاده می کنند . باتری های نمک مذاب باتری های اولیه یا ثانویه ای هستند که از نمک مذاب به عنوان الکترولیت استفاده می کنند. آنها در دماهای بالا کار می کنند و برای حفظ گرما باید به خوبی عایق بندی شوند.

یک سلول خشک از یک الکترولیت خمیری استفاده می‌کند که فقط رطوبت کافی برای عبور جریان دارد. برخلاف سلول مرطوب، یک سلول خشک می تواند در هر جهتی بدون ریختن کار کند، زیرا حاوی مایع آزاد نیست و برای تجهیزات قابل حمل مناسب است. در مقایسه، اولین سلول‌های مرطوب معمولاً ظروف شیشه‌ای شکننده بودند که میله‌های سربی از بالای آن آویزان بودند و برای جلوگیری از ریزش نیاز به رسیدگی دقیق داشتند. باتری‌های سرب اسیدی تا زمان ساخت باتری ژل به ایمنی و قابلیت حمل سلول خشک دست پیدا نکردند . یک سلول خشک معمولی باتری روی-کربن است که گاهی اوقات سلول Leclanché خشک نامیده می شود ، با ولتاژ اسمی 1.5 ولت ، مشابه باتری قلیایی (زیرا هر دو از یک ترکیب روی و دی اکسید منگنز استفاده می کنند ). یک سلول خشک استاندارد شامل یک آند روی ، معمولا به شکل یک گلدان استوانه ای، با یک کاتد کربن به شکل یک میله مرکزی است. الکترولیت کلرید آمونیوم به شکل خمیر در کنار آند روی است. فضای باقی مانده بین الکترولیت و کاتد کربن توسط خمیر دوم متشکل از کلرید آمونیوم و دی اکسید منگنز اشغال می شود که دومی به عنوان یک دپلاریز کننده عمل می کند . در برخی از طرح ها، کلرید آمونیوم با کلرید روی جایگزین می شود .

یک باتری ذخیره را می توان بدون مونتاژ (فعال نشده و بدون برق) برای مدت طولانی (شاید سالها) ذخیره کرد. هنگامی که باتری مورد نیاز است، سپس مونتاژ می شود (به عنوان مثال، با افزودن الکترولیت). پس از مونتاژ، باتری شارژ شده و آماده کار می شود. به عنوان مثال، باتری یک فیوز توپخانه الکترونیکی ممکن است با ضربه شلیک یک تفنگ فعال شود. این شتاب یک کپسول الکترولیت را می شکند که باتری را فعال می کند و مدارهای فیوز را تغذیه می کند. باتری‌های ذخیره معمولاً برای عمر کوتاه (ثانیه یا دقیقه) پس از ذخیره‌سازی طولانی (سال‌ها) طراحی می‌شوند. یک باتری فعال شده با آب برای ابزارهای اقیانوس شناسی یا کاربردهای نظامی با غوطه ور شدن در آب فعال می شود.

در 28 فوریه 2017، دانشگاه تگزاس در آستین بیانیه‌ای مطبوعاتی درباره نوع جدیدی از باتری‌های حالت جامد منتشر کرد که توسط تیمی به سرپرستی مخترع باتری‌های لیتیوم یونی، جان گودناف ، ساخته شده است ، «که می‌تواند به شارژ ایمن‌تر و سریع‌تر منجر شود. باتری های قابل شارژ با ماندگاری بیشتر برای دستگاه های موبایل دستی، ماشین های الکتریکی و ذخیره انرژی ثابت». ^[35] همچنین گفته می‌شود که باتری حالت جامد «سه برابر چگالی انرژی» دارد که به عنوان مثال، عمر مفید آن را در وسایل نقلیه الکتریکی افزایش می‌دهد. همچنین باید از نظر زیست‌محیطی سالم‌تر باشد، زیرا این فناوری از مواد ارزان‌تر و سازگار با زمین مانند سدیم استخراج‌شده از آب دریا استفاده می‌کند. آنها همچنین عمر بسیار طولانی تری دارند. ^[36]

سونی یک باتری بیولوژیکی ساخته است که برق را از قند به روشی مشابه فرآیندهای مشاهده شده در موجودات زنده تولید می کند. باتری با استفاده از آنزیم هایی که کربوهیدرات ها را تجزیه می کنند، الکتریسیته تولید می کند. ^[37]

باتری سرب اسیدی تنظیم شده با شیر آب بندی شده (باتری VRLA) در صنعت خودروسازی به عنوان جایگزینی برای سلول مرطوب سرب-اسید محبوب است. باتری VRLA از یک الکترولیت اسید سولفوریک تثبیت شده استفاده می کند که احتمال نشت را کاهش می دهد و عمر مفید را افزایش می دهد . ^[38] باتری های VRLA الکترولیت را بی حرکت می کنند. این دو نوع عبارتند از:

• باتری های ژل (یا "سلول ژل") از الکترولیت نیمه جامد استفاده می کنند.
• باتری های شیشه ای جذبی (AGM) الکترولیت را در یک تشک مخصوص فایبرگلاس جذب می کنند.

سایر باتری های قابل شارژ قابل حمل شامل چندین نوع "سلول خشک" مهر و موم شده هستند که در برنامه هایی مانند تلفن های همراه و رایانه های لپ تاپ مفید هستند . سلول های این نوع (به ترتیب افزایش چگالی توان و هزینه) شامل سلول های نیکل-کادمیم (NiCd)، نیکل-روی (NiZn)، هیدرید نیکل-فلز (NiMH) و لیتیوم-یون (Li-ion) می باشد. Li-ion بیشترین سهم را در بازار شارژی سلول خشک دارد. NiMH به دلیل ظرفیت بالاتر در اکثر کاربردها جایگزین NiCd شده است، اما NiCd همچنان در ابزارهای برقی ، رادیوهای دو طرفه و تجهیزات پزشکی استفاده می شود .

در دهه 2000، پیشرفت‌ها شامل باتری‌هایی با وسایل الکترونیکی جاسازی‌شده مانند USBCELL ، که امکان شارژ باتری AA را از طریق یک کانکتور USB ، باتری‌های نانوگلوله‌ای که سرعت تخلیه حدود 100 برابر بیشتر از باتری‌های فعلی را می‌دهند، و بسته‌های باتری هوشمند با حالت شارژ می‌شوند. مانیتورها و مدارهای محافظ باتری که از آسیب در تخلیه بیش از حد جلوگیری می کند. خود تخلیه کم (LSD) اجازه می دهد تا سلول های ثانویه قبل از حمل و نقل شارژ شوند.

باتری‌های لیتیوم-گوگرد در طولانی‌ترین و بالاترین پرواز با انرژی خورشیدی استفاده شدند. ^[39]

گریدهای مصرفی و صنعتی

انواع باتری ها در گریدهای مصرفی و صنعتی تولید می شوند. باتری‌های صنعتی گران‌تر ممکن است از مواد شیمیایی استفاده کنند که نسبت توان به سایز بالاتری را ارائه می‌دهند، خود تخلیه کمتری دارند و در نتیجه عمر طولانی‌تری در زمانی که استفاده نمی‌شوند، مقاومت بیشتری در برابر نشتی دارند و به عنوان مثال، توانایی تحمل دما و رطوبت بالا را دارند. با استریلیزاسیون اتوکلاو پزشکی ^[40]

ترکیب و مدیریت

باتری‌هایی با فرمت استاندارد در دستگاهی که از آنها استفاده می‌کند، داخل نگهدارنده باتری قرار می‌گیرند . هنگامی که دستگاهی از باتری‌های فرمت استاندارد استفاده نمی‌کند، معمولاً در یک بسته باتری سفارشی ترکیب می‌شوند که علاوه بر ویژگی‌هایی مانند سیستم مدیریت باتری و جداکننده باتری ، شارژ و تخلیه یکنواخت باتری‌های داخل را تضمین می‌کند.

اندازه ها

باتری‌های اولیه که به راحتی در دسترس مصرف‌کنندگان قرار می‌گیرند، از سلول‌های دکمه‌ای کوچک که برای ساعت‌های برقی استفاده می‌شوند تا سلول‌های شماره 6 که برای مدارهای سیگنال یا سایر کاربردهای طولانی مدت استفاده می‌شوند، متغیر است. سلول های ثانویه در اندازه های بسیار بزرگ ساخته می شوند. باتری های بسیار بزرگ می توانند یک زیردریایی را تغذیه کنند یا شبکه برق را تثبیت کنند و به کاهش بارهای اوج کمک کنند.

از سال 2017 ^{[به روز رسانی]}، بزرگترین باتری جهان در استرالیای جنوبی توسط تسلا ساخته شد . می تواند 129 مگاوات ساعت را ذخیره کند. ^[41] یک باتری در استان هبی ، چین، که می تواند 36 مگاوات ساعت برق را ذخیره کند، در سال 2013 با هزینه 500 میلیون دلار ساخته شد. ^[42] یک باتری بزرگ دیگر، متشکل از سلول های Ni-Cd ، در Fairbanks، آلاسکا بود . مساحت آن 2000 متر مربع (22000 فوت مربع) - بزرگتر از یک زمین فوتبال - و وزن آن 1300 تن بود. این دستگاه توسط ABB برای تامین برق پشتیبان در صورت خاموشی تولید شده است. باتری می تواند 40 مگاوات برق را تا 7 دقیقه تامین کند. ^[43] باتری های سدیم-گوگرد برای ذخیره نیروی باد استفاده شده است . ^[44] یک سیستم باتری 4.4 مگاوات ساعتی که می تواند 11 مگاوات را به مدت 25 دقیقه تحویل دهد، خروجی مزرعه بادی Auwahi در هاوایی را تثبیت می کند. ^[45]

مقایسه

بسیاری از خواص مهم سلول، مانند ولتاژ، چگالی انرژی، اشتعال پذیری، ساختار سلولی موجود، محدوده دمای عملیاتی و عمر مفید، توسط شیمی باتری دیکته می شوند. ^[46]

عملکرد، ظرفیت و تخلیه

دستگاهی برای بررسی ولتاژ باتری

ویژگی‌های باتری ممکن است در طول چرخه بار، چرخه شارژ و در طول عمر به دلیل عوامل زیادی از جمله شیمی داخلی، تخلیه جریان و دما متفاوت باشد. در دماهای پایین، باتری نمی تواند انرژی زیادی را ارائه دهد. به این ترتیب، در آب و هوای سرد، برخی از دارندگان خودرو، گرمکن باتری را نصب می کنند، که پدهای گرمایش الکتریکی کوچکی هستند که باتری خودرو را گرم نگه می دارند.

ظرفیت یک باتری مقدار بار الکتریکی است که می تواند در ولتاژی که کمتر از ولتاژ پایانه مشخص شده کاهش نمی یابد، تحویل دهد. هرچه مواد الکترود بیشتری در سلول وجود داشته باشد ظرفیت آن بیشتر می شود. یک سلول کوچک ظرفیت کمتری نسبت به یک سلول بزرگتر با همان ترکیب شیمیایی دارد، اگرچه ولتاژ مدار باز یکسانی ایجاد می کند. ^[49] ظرفیت معمولاً بر حسب آمپر ساعت (A·h) (mAh برای باتری‌های کوچک) بیان می‌شود. ظرفیت نامی یک باتری معمولاً به صورت حاصل ضرب 20 ساعت در جریانی که یک باتری جدید می تواند به مدت 20 ساعت در دمای 20 درجه سانتی گراد (68 درجه فارنهایت) تامین کند، بیان می شود، در حالی که بالاتر از ولتاژ پایانه مشخص شده در هر سلول باقی می ماند. به عنوان مثال، باتری با سرعت 100 A·h می تواند 5 A را در مدت 20 ساعت در دمای اتاق ارسال کند . کسری از شارژ ذخیره شده که یک باتری می تواند تحویل دهد به عوامل متعددی از جمله شیمی باتری، سرعت تحویل بار (جریان)، ولتاژ ترمینال مورد نیاز، دوره ذخیره سازی، دمای محیط و عوامل دیگر بستگی دارد. ^[49]

هر چه میزان تخلیه بیشتر باشد، ظرفیت کمتر است. ^[50] رابطه بین جریان، زمان تخلیه و ظرفیت باتری سرب اسیدی با قانون پیکرت تقریبی شده است (در یک محدوده معمولی از مقادیر جریان) :

${\displaystyle t={\frac {Q_{P}}{I^{k}}}}$

کجا

${\displaystyle Q_{P}}$ظرفیت زمانی است که با سرعت 1 آمپر تخلیه می شود.

${\displaystyle I}$جریان گرفته شده از باتری ( A ) است.

${\displaystyle t}$مقدار زمانی (به ساعت) است که یک باتری می تواند نگه دارد.

${\displaystyle k}$ثابت در حدود 1.3 است.

باتری‌های شارژ شده (قابل شارژ یا یکبار مصرف) به دلیل وجود واکنش‌های جانبی غیرقابل برگشت که حامل‌های شارژ را بدون تولید جریان مصرف می‌کنند، در طول زمان با خود تخلیه داخلی، اگرچه تخلیه نمی‌شوند، شارژ را از دست می‌دهند. میزان تخلیه خود به ساختار باتری و ساختار آن بستگی دارد، معمولاً از چند ماه تا سال برای تلفات قابل توجه. هنگامی که باتری ها شارژ می شوند، واکنش های جانبی اضافی ظرفیت تخلیه های بعدی را کاهش می دهد. پس از شارژ مجدد کافی، در اصل تمام ظرفیت از بین می رود و باتری تولید برق را متوقف می کند. تلفات انرژی داخلی و محدودیت در سرعت عبور یون ها از الکترولیت باعث تغییر کارایی باتری می شود. بالاتر از حداقل آستانه، دشارژ با نرخ پایین، ظرفیت بیشتری از باتری را نسبت به نرخ بالاتر ارائه می دهد. نصب باتری‌هایی با درجه‌بندی A·h متغیر، زمان کارکرد را تغییر می‌دهد، اما عملکرد دستگاه را تغییر نمی‌دهد، مگر اینکه از محدودیت‌های بار فراتر رود. بارهای با تخلیه بالا مانند دوربین های دیجیتال می توانند ظرفیت کل باتری های قابل شارژ یا یکبار مصرف را کاهش دهند. به عنوان مثال، باتری با سرعت 2 A·h برای تخلیه 10 یا 20 ساعته، جریان 1 A را برای دو ساعت کامل حفظ نمی کند، همانطور که ظرفیت اعلام شده آن نشان می دهد.

C -rate اندازه گیری سرعت شارژ یا دشارژ شدن باتری است. به عنوان جریان عبوری از باتری تقسیم بر جریان تئوری که باتری ظرفیت اسمی نامی خود را در یک ساعت تحویل می‌دهد، تعریف می‌شود. ^[51] دارای واحدهای h ⁻¹ است . به دلیل از دست دادن مقاومت داخلی و فرآیندهای شیمیایی درون سلول ها، باتری به ندرت ظرفیت نامی را تنها در یک ساعت ارائه می دهد. به طور معمول، حداکثر ظرفیت در نرخ C کم یافت می شود و شارژ یا دشارژ با نرخ C بالاتر، عمر قابل استفاده و ظرفیت باتری را کاهش می دهد. سازندگان اغلب برگه های داده را با نمودارهایی منتشر می کنند که ظرفیت در مقابل منحنی های نرخ C را نشان می دهد. نرخ C همچنین به عنوان رتبه‌بندی در باتری‌ها برای نشان دادن حداکثر جریانی که باتری می‌تواند به طور ایمن در یک مدار ارائه کند، استفاده می‌شود. استانداردهای باتری های قابل شارژ به طور کلی ظرفیت و چرخه شارژ را در مدت زمان تخلیه 4 ساعت (0.25 درجه سانتیگراد)، 8 ساعت (0.125 درجه سانتیگراد) یا بیشتر ارزیابی می کنند. انواع در نظر گرفته شده برای اهداف خاص، مانند منبع تغذیه بدون وقفه کامپیوتر ، ممکن است توسط سازندگان برای دوره های تخلیه بسیار کمتر از یک ساعت (1C) رتبه بندی شوند، اما ممکن است از عمر چرخه محدود رنج ببرند.

در سال 2009 آزمایشی لیتیوم فسفات آهن ( LiFePO
₄) فناوری باتری سریع ترین شارژ و تحویل انرژی را فراهم می کند و تمام انرژی خود را در یک بار در 10 تا 20 ثانیه تخلیه می کند. ^[52] در سال 2024 یک نمونه اولیه باتری برای خودروهای الکتریکی نشان داده شد که می توانست از 10٪ تا 80٪ در پنج دقیقه شارژ شود، ^[53] و یک شرکت چینی ادعا کرد که باتری های ماشینی که معرفی کرده بود در 10.5 دقیقه 10٪ تا 80٪ شارژ می شوند. سریع ترین باتری های موجود - در مقایسه با 15 دقیقه تا نیمه شارژ تسلا . ^[54]

طول عمر و استقامت

یک باتری آنالوگ دوربین [لیتیوم یون]

عمر باتری (یا طول عمر) برای باتری های قابل شارژ دو معنی دارد اما برای باتری های غیرقابل شارژ فقط یک معنی دارد. می توان از آن برای توصیف مدت زمانی که یک دستگاه می تواند با یک باتری کاملاً شارژ کار کند استفاده کرد - این نیز بدون ابهام "استقامت" نامیده می شود. ^[55] برای یک باتری قابل شارژ همچنین ممکن است برای تعداد چرخه های شارژ/دشارژ ممکن قبل از اینکه سلول ها به طور رضایت بخشی کار نکنند، استفاده شود - این نیز "طول عمر" نامیده می شود. ^[56] اصطلاح عمر مفید برای توصیف مدت زمانی که یک باتری عملکرد خود را بین تولید و استفاده حفظ می کند، استفاده می شود. ظرفیت موجود همه باتری ها با کاهش دما کاهش می یابد. برخلاف بیشتر باتری های امروزی، شمع زامبونی که در سال 1812 اختراع شد، عمر بسیار طولانی را بدون نوسازی یا شارژ مجدد ارائه می دهد، اگرچه می تواند جریان بسیار کمی (نانوآمپر) را تامین کند. زنگ الکتریک آکسفورد از سال 1840 تقریباً به طور مداوم بر روی جفت باتری اصلی خود که تصور می شود شمع زامبونی هستند به صدا در آمده است. ^{[ نیازمند منبع ]}

باتری های یکبار مصرف معمولاً 8 تا 20 درصد از شارژ اولیه خود را زمانی که در دمای اتاق (20 تا 30 درجه سانتیگراد) نگهداری می شوند، از دست می دهند. ^[57] این به عنوان نرخ "خود تخلیه" شناخته می شود و به دلیل واکنش های شیمیایی "جانبی" غیر تولید کننده جریان است که در داخل سلول حتی زمانی که بار اعمال نمی شود رخ می دهد. سرعت واکنش‌های جانبی برای باتری‌هایی که در دماهای پایین‌تر ذخیره می‌شوند کاهش می‌یابد، اگرچه برخی از آنها ممکن است در اثر انجماد آسیب ببینند و نگهداری در یخچال به طور معنی‌داری عمر مفید را طولانی نمی‌کند و خطر میعان را به خطر می‌اندازد. ^[58] باتری‌های قابل شارژ قدیمی سریع‌تر از باتری‌های قلیایی یکبار مصرف، به‌ویژه باتری‌های مبتنی بر نیکل، خود تخلیه می‌شوند. یک باتری نیکل کادمیوم (NiCd) تازه شارژ شده در 24 ساعت اول 10 درصد از شارژ خود را از دست می دهد و پس از آن با نرخی حدود 10 درصد در ماه تخلیه می شود. با این حال، باتری‌های جدیدتر نیکل-فلز هیدرید (NiMH) و طراحی‌های مدرن لیتیوم نرخ خود تخلیه پایین‌تری را نشان می‌دهند (اما همچنان بیشتر از باتری‌های اولیه).

مواد فعال روی صفحات باتری ترکیب شیمیایی را در هر چرخه شارژ و دشارژ تغییر می دهد. ممکن است مواد فعال به دلیل تغییرات فیزیکی حجم از بین برود و تعداد دفعات شارژ مجدد باتری را محدودتر کند. اکثر باتری های نیکل در هنگام خرید تا حدی تخلیه می شوند و باید قبل از اولین استفاده شارژ شوند. ^[59] باتری‌های NiMH جدیدتر هنگام خرید آماده استفاده هستند و تنها 15 درصد دشارژ در سال دارند. ^[60]

در هر چرخه شارژ-دشارژ مقداری خرابی رخ می دهد. تخریب معمولاً به دلیل مهاجرت الکترولیت از الکترودها یا جدا شدن مواد فعال از الکترودها اتفاق می افتد. باتری‌های NiMH با ظرفیت پایین (1700 تا 2000 میلی‌آمپر ساعت) را می‌توان حدود 1000 بار شارژ کرد، در حالی که باتری‌های NiMH با ظرفیت بالا (بالاتر از 2500 میلی‌آمپر ساعت) حدود 500 چرخه دوام می‌آورند. ^[61] باتری‌های NiCd معمولاً برای 1000 سیکل رتبه‌بندی می‌شوند، قبل از اینکه مقاومت داخلی آنها به طور دائمی بیش از مقادیر قابل استفاده افزایش یابد. شارژ سریع باعث افزایش تغییرات اجزا و کاهش طول عمر باتری می شود. ^[61] اگر یک شارژر نتواند تشخیص دهد که باتری به طور کامل شارژ شده است، احتمالا شارژ بیش از حد ممکن است و به آن آسیب می رساند. ^[62]

سلول‌های NiCd، اگر به شیوه‌ای تکراری خاص استفاده شوند، ممکن است کاهش ظرفیتی به نام « اثر حافظه » را نشان دهند. ^[63] می توان با تمرین های ساده از تأثیر آن جلوگیری کرد. سلول های NiMH، اگرچه از نظر شیمی مشابه هستند، کمتر از اثر حافظه رنج می برند. ^[64]

باتری های قابل شارژ سرب-اسید خودرو باید استرس ناشی از لرزش، ضربه و محدوده دما را تحمل کنند. به دلیل این تنش ها و سولفاته شدن صفحات سربی آنها، تعداد کمی از باتری های خودرو بیش از شش سال استفاده منظم دوام می آورند. ^[65] راه اندازی خودرو ( SLI : راه اندازی، روشنایی، احتراق ) باتری ها دارای صفحات نازک زیادی برای به حداکثر رساندن جریان هستند. به طور کلی، هرچه صفحات ضخیم تر باشند، عمر طولانی تری دارند. آنها معمولاً فقط اندکی قبل از شارژ مجدد تخلیه می شوند. باتری‌های سرب اسیدی «چرخه عمیق» مانند باتری‌های مورد استفاده در گاری‌های گلف الکتریکی، صفحات ضخیم‌تری برای افزایش طول عمر دارند. ^[66] مزیت اصلی باتری سرب-اسید هزینه پایین آن است. اشکال اصلی آن اندازه و وزن زیاد برای ظرفیت و ولتاژ معین است. باتری های سرب اسید هرگز نباید کمتر از 20 درصد ظرفیت خود دشارژ شوند، ^[67] زیرا مقاومت داخلی در هنگام شارژ مجدد باعث گرما و آسیب می شود. سیستم‌های اسید سرب با چرخه عمیق اغلب از چراغ هشدار کم شارژ یا کلید قطع برق کم شارژ استفاده می‌کنند تا از آسیب‌هایی که عمر باتری را کوتاه می‌کند، جلوگیری کنند. ^[68]

عمر باتری را می توان با نگهداری باتری ها در دمای پایین، مانند یخچال یا فریزر ، افزایش داد که واکنش های جانبی را کاهش می دهد. چنین ذخیره سازی می تواند عمر باتری های قلیایی را حدود 5٪ افزایش دهد. باتری‌های قابل شارژ بسته به نوع آن‌ها می‌توانند مدت زمان بیشتری شارژ خود را نگه دارند. ^[69] برای رسیدن به حداکثر ولتاژ خود، باتری ها باید به دمای اتاق بازگردانده شوند. تخلیه باتری قلیایی در 250 میلی آمپر در دمای 0 درجه سانتیگراد تنها نصف کارایی آن در دمای 20 درجه سانتیگراد است. ^[33] تولید کنندگان باتری های قلیایی مانند Duracell باتری های یخچال را توصیه نمی کنند. ^[32]

خطرات

باتری پس از انفجار

انفجار باتری عموماً در اثر سوء استفاده یا عملکرد نادرست، مانند تلاش برای شارژ مجدد باتری اولیه (غیر قابل شارژ) یا اتصال کوتاه ایجاد می شود .

هنگامی که باتری با سرعت بیش از حد شارژ می شود، ممکن است یک مخلوط گاز انفجاری از هیدروژن و اکسیژن سریعتر از آن چیزی که بتواند از درون باتری خارج شود (به عنوان مثال از طریق دریچه داخلی) تولید می شود که منجر به افزایش فشار و در نهایت ترکیدن آن می شود. جعبه باتری در موارد شدید، مواد شیمیایی باتری ممکن است به شدت از بدنه پاشیده شود و باعث آسیب شود. یک خلاصه تخصصی از مشکل نشان می دهد که این نوع از "الکترولیت های مایع برای انتقال یون های لیتیوم بین آند و کاتد استفاده می کند. اگر سلول باتری خیلی سریع شارژ شود، می تواند باعث اتصال کوتاه شود و منجر به انفجار و آتش سوزی شود". ^{[70] [71]} باتری‌های خودرو زمانی که یک اتصال کوتاه جریان‌های بسیار زیادی ایجاد می‌کند به احتمال زیاد منفجر می‌شوند. چنین باتری هایی در هنگام شارژ بیش از حد (به دلیل الکترولیز آب در الکترولیت) هیدروژن تولید می کنند که بسیار انفجاری است. در طول استفاده معمولی، میزان شارژ بیش از حد معمولاً بسیار کم است و هیدروژن کمی تولید می کند که به سرعت از بین می رود. با این حال، هنگام "جهش استارت" یک خودرو، جریان بالا می تواند باعث آزاد شدن سریع حجم زیادی از هیدروژن شود، که می تواند توسط یک جرقه در نزدیکی به طور انفجاری مشتعل شود، به عنوان مثال هنگام جدا کردن کابل جامپر .

شارژ بیش از حد (تلاش برای شارژ باتری بیش از ظرفیت الکتریکی آن) همچنین می تواند منجر به انفجار باتری، علاوه بر نشت یا آسیب غیرقابل برگشت شود. همچنین ممکن است باعث آسیب به شارژر یا دستگاهی شود که بعداً باتری بیش از حد شارژ شده در آن استفاده می شود.

دور انداختن باتری از طریق سوزاندن ممکن است باعث انفجار شود زیرا بخار در محفظه مهر و موم شده جمع می شود.

باتری قلیایی آسیب دیده نشتی

بسیاری از مواد شیمیایی باتری خورنده، سمی یا هر دو هستند. اگر نشت ، به صورت خود به خود یا تصادفی رخ دهد، مواد شیمیایی آزاد شده ممکن است خطرناک باشند. به عنوان مثال، باتری های یکبار مصرف اغلب از یک قوطی روی هم به عنوان واکنش دهنده و هم به عنوان ظرفی برای نگهداری دیگر معرف ها استفاده می کنند. اگر این نوع باتری بیش از حد تخلیه شود، معرف ها می توانند از طریق مقوا و پلاستیک که باقیمانده ظرف را تشکیل می دهند، خارج شوند. نشت مواد شیمیایی فعال می تواند به تجهیزاتی که باتری ها کار می کنند آسیب برساند یا از کار بیاندازد. به همین دلیل، بسیاری از سازندگان دستگاه های الکترونیکی توصیه می کنند باتری ها را از دستگاه هایی که برای مدت زمان طولانی استفاده نمی شوند، خارج کنید.

بسیاری از انواع باتری ها از مواد سمی مانند سرب، جیوه و کادمیوم به عنوان الکترود یا الکترولیت استفاده می کنند. هنگامی که هر باتری به پایان عمر خود می رسد باید برای جلوگیری از آسیب های محیطی دور انداخته شود. ^[72] باتری ها یکی از اشکال زباله های الکترونیکی (e-waste) هستند. خدمات بازیافت زباله های الکترونیکی مواد سمی را بازیابی می کنند که سپس می توان از آنها برای باتری های جدید استفاده کرد. ^[73] از حدود سه میلیارد باتری خریداری شده سالانه در ایالات متحده، حدود 179000 تن در محل دفن زباله در سراسر کشور قرار می گیرد. ^[74]

باتری ها در صورت بلعیدن ممکن است مضر یا کشنده باشند . ^[75] سلول های دکمه های کوچک را می توان، به ویژه توسط کودکان خردسال، بلعید. در حالی که در دستگاه گوارش، تخلیه الکتریکی باتری ممکن است منجر به آسیب بافت شود. ^[76] چنین آسیبی گاهی جدی است و می تواند منجر به مرگ شود. باتری های دیسک خورده معمولاً مشکلی ایجاد نمی کنند مگر اینکه در دستگاه گوارش گیر کنند . متداول‌ترین مکان برای جا افتادن باتری‌های دیسک مری است که منجر به عواقب بالینی می‌شود . باتری هایی که با موفقیت از مری عبور می کنند، بعید است در جای دیگری قرار بگیرند. احتمال اینکه باتری دیسکی در مری قرار بگیرد تابعی از سن بیمار و اندازه باتری است. بچه های بزرگتر با باتری های کوچکتر از 21 تا 23 میلی متر مشکلی ندارند. نکروز مایع سازی ممکن است رخ دهد زیرا هیدروکسید سدیم توسط جریان تولید شده توسط باتری (معمولاً در آند) تولید می شود. سوراخ شدن به سرعت 6 ساعت پس از مصرف رخ داده است. ^[77]

برخی از تولیدکنندگان باتری، طعم بدی به باتری ها اضافه کرده اند تا از بلعیدن آن جلوگیری کنند. ^[78]

قوانین و مقررات

قوانین مربوط به باتری های الکتریکی شامل موضوعاتی مانند دفع ایمن و بازیافت است.

در ایالات متحده، قانون مدیریت باتری های حاوی جیوه و قابل شارژ در سال 1996، فروش باتری های حاوی جیوه را ممنوع کرد، الزامات برچسب گذاری یکنواخت را برای باتری های قابل شارژ وضع کرد و الزام داشت که باتری های قابل شارژ به راحتی قابل جابجایی باشند. ^[79] کالیفرنیا و شهر نیویورک دفع باتری های قابل شارژ در زباله های جامد را ممنوع کرده اند. ^{[80] [81]} صنعت باتری‌های قابل شارژ برنامه‌های بازیافت سراسری را در ایالات متحده و کانادا اجرا می‌کند، و در خرده‌فروشی‌های محلی نقاط رها می‌شود. ^[82]

دستورالعمل باتری اتحادیه اروپا الزامات مشابهی دارد، علاوه بر این که نیاز به افزایش بازیافت باتری ها و ترویج تحقیق در مورد روش های بهبود یافته بازیافت باتری است . ^[83] مطابق با این دستورالعمل، تمام باتری هایی که در اتحادیه اروپا فروخته می شوند باید با "نماد مجموعه" (سطل زباله چرخ دار خط خورده) علامت گذاری شوند. این باید حداقل 3 درصد از سطح باتری های منشوری و 1.5 درصد از سطح باتری های استوانه ای را پوشش دهد. تمام بسته بندی ها باید به همین ترتیب علامت گذاری شوند. ^[84]

در پاسخ به حوادث و خرابی های گزارش شده، گاه به گاه احتراق یا انفجار، فراخوانی دستگاه هایی که از باتری های لیتیوم یونی استفاده می کنند در سال های اخیر رایج تر شده است. ^{[85] [86]}

در 9 دسامبر 2022، پارلمان اروپا به توافقی رسید که از سال 2026، تولیدکنندگان را مجبور به طراحی تمام لوازم الکتریکی که در اتحادیه اروپا فروخته می‌شوند (و عمدتاً در شرایط مرطوب استفاده نمی‌شوند) را به گونه‌ای طراحی کنند که مصرف‌کنندگان بتوانند به راحتی باتری‌ها را خارج و جایگزین کنند. ^{[87] [88]}

همچنین ببینید

• پورتال انرژی
• پورتال انرژی های تجدیدپذیر
• پورتال الکترونیک

• شبیه ساز باتری
• باتری نانوسیم
• باتری سوپر را جستجو کنید

مراجع

1. Crompton، TR (20 مارس 2000). کتاب مرجع باتری (ویرایش سوم). نیونز. ص واژه نامه 3. ISBN 978-0-08-049995-6. بازبینی شده در 18 مارس 2016 .
2. پاولینگ، لینوس (1988). "15: واکنش های اکسیداسیون-کاهش؛ الکترولیز". شیمی عمومی . نیویورک: انتشارات دوور، شرکت ص. 539. شابک 978-0-486-65622-9.
3. Pistoia, Gianfranco (25 ژانویه 2005). باتری برای دستگاه های قابل حمل. الزویر. ص 1. ISBN 978-0-08-045556-3. بازبینی شده در 18 مارس 2016 .
4. "تاریخچه و توسعه باتری ها". 30 آوریل 2015.
5. ""باتری الکتریکی" شیشه های لیدن - ترصدمین سالگرد بنجامین فرانکلین". www.benfranklin300.org .
6. بیلیس، مری. بیوگرافی الساندرو ولتا، مخترع باتری. About.com بازبینی شده در 7 اوت 2008
7. استینر، آرتور. الساندرو ولتا و لوئیجی گالوانی در 10 سپتامبر 2008 در Wayback Machine (PDF) بایگانی شدند. بازبینی شده در 11 اوت 2008.
8. حقایق جالب در مورد اختراع باتری الکتریکی توسط الساندرو ولتا در سال 1800. ایده یاب بزرگ. بازبینی شده در 11 اوت 2008
9. مثال، در کشف الکترومغناطیس در سال 1820
10. تاریخچه باتری، فناوری، برنامه ها و توسعه. ام پاور سولوشز با مسئولیت محدود بازبینی شده در 19 مارس 2007.
11. Borvon, Gérard (10 سپتامبر 2012). "تاریخچه واحدهای برق". انجمن S-EAU-S.
12. «باتری سلول خشک کلمبیا». بناهای تاریخی ملی شیمی . انجمن شیمی آمریکا بایگانی شده از نسخه اصلی در 23 فوریه 2013 . بازبینی شده در 25 مارس 2013 .
13. برودرمولر، مارتین؛ سوباتکا، بندیکت؛ دومینیک، واگری (سپتامبر 2019). گزارش بینش - چشم اندازی برای زنجیره ارزش باتری پایدار در سال 2030: باز کردن پتانسیل کامل برای توسعه پایدار و کاهش تغییرات آب و هوایی (PDF) (گزارش). مجمع جهانی اقتصاد و اتحاد جهانی باتری. ص 11، 29 . بازبینی شده در 2 ژوئن 2021 .
14. سیانو، پیرلوئیجی (2014). "پاسخ به تقاضا و شبکه های هوشمند - نظرسنجی". بررسی انرژی های تجدیدپذیر و پایدار 30 . الزویر: 461-478. doi :10.1016/j.rser.2013.10.022. ISSN  1364-0321.
15. Pan, AQ; لی، XZ; شانگ، ج. فنگ، جی اچ. تائو، YB; بله، جی ال. یانگ، ایکس; لی، سی؛ لیائو، QQ (2019). کاربردهای Echelon از باتری ها از وسایل نقلیه الکتریکی تا سیستم های ذخیره انرژی توزیع شده استفاده می کند . کنفرانس بین المللی 2019 انرژی های جدید و سیستم انرژی آینده (سری IOP Conf.: زمین و علوم محیطی). جلد 354. IOP Publishing Ltd. doi : 10.1088/1755-1315/354/1/012012 . 012012.
16. لیش، جنیفر ای. چرنیاخوفسکی، ایلیا (سپتامبر 2019). ذخیره سازی باتری در مقیاس شبکه: سؤالات متداول (PDF) (گزارش). آزمایشگاه ملی انرژی های تجدیدپذیر (NREL) و greeningthegrid.org . بازبینی شده در 21 مه 2021 .
17. اشکرافت، شمال غربی؛ مرمین (1976). فیزیک حالت جامد . ND Belmont، CA: بروکس/کول.
18. دینگراندو ۶۶۵.
19. ساسلو 338.
20. دینگراندو ۶۶۶.
21. Knight 943.
22. Knight 976.
23. ولتاژ ترمینال. مرجع تیسکالی در اصل از دایره المعارف هاچینسون است. بازبینی شده در 7 آوریل 2007
24. دینگراندو ۶۷۴.
25. دینگراندو ۶۷۷.
26. «باتری لیمو». usistory.org . بایگانی شده از نسخه اصلی در 9 مه 2007 . بازیابی شده در 10 آوریل 2007 .
27. فعالیت های زوم: باتری پدیدار سیب زمینی. مشاهده شده در 10 آوریل 2007.
28. Howstuffworks "تجربیات باتری: شمع ولتایی". مشاهده شده در 10 آوریل 2007.
29. دینگراندو ۶۷۵.
30. فینک، چ. 11، بخش "باتری ها و سلول های سوختی."
31. Franklin Leonard Pope , Modern Practice of the Electric Telegraph 15th Edition , D. Van Nostrand Company, New York, 1899, pp. 7-11. در آرشیو اینترنت موجود است
32. Duracell: مراقبت از باتری. بازبینی شده در 10 اوت 2008.
33. Alkaline Dioxide Manganese Manual and application Manual (PDF). انرژی زا . بازبینی شده در 25 اوت 2008.
34. «نقشه در فتوولتائیک و پیل‌های سوختی: مطالعه و مقایسه مبتنی بر وب» (PDF) . صفحات 1-2 . بازبینی شده در 14 مارس 2007 .
35. «مخترع باتری لیتیوم یونی فناوری جدیدی را برای باتری‌های شارژ سریع و غیر قابل احتراق معرفی می‌کند». دانشگاه تگزاس در آستین . دانشگاه تگزاس. 28 فوریه 2017 . بازبینی شده در 15 مارس 2017 .
36. هیسلوپ، مارتین (1 مارس 2017). "پیشرفت باتری EV حالت جامد از مخترع باتری لیتیوم یونی جان گودناف". اخبار انرژی آمریکای شمالی اخبار انرژی آمریکا بازبینی شده در 15 مارس 2017 . اما حتی کار جان گودناف نیز پیش‌بینی من را تغییر نمی‌دهد که خودروهای برقی حداقل 50 سال طول می‌کشد تا به 70 تا 80 درصد از بازار جهانی خودرو برسند.
37. سونی یک باتری زیستی با انرژی بایگانی شده توسط شکر تولید می‌کند. بایگانی‌شده در 11 اکتبر 2007 در Wayback Machine . بازدید در 24 اوت 2007.
38. Dynasty VRLA Batteries و کاربرد آنها در 6 فوریه 2009 در Wayback Machine بایگانی شد . C&D Technologies, Inc. بازیابی شده در 26 اوت 2008.
39. آموس، جی (24 اوت 2008) "هواپیما خورشیدی رکورد پرواز انجام می دهد" اخبار بی بی سی
40. آدامز، لوئیس (نوامبر ۲۰۱۵). "تغذیه پزشکی فردا: تصمیمات حیاتی برای باتری ها در کاربردهای پزشکی". خلاصه طراحی پزشکی
41. «الون ماسک برنده شرط 50 میلیون دلاری با باتری غول پیکر برای استرالیای جنوبی است». اسکای نیوز . 24 نوامبر 2017 . بازبینی شده در 20 سپتامبر 2018 .
42. Dillow, Clay (21 دسامبر 2012). "چین بزرگترین باتری جهان را می سازد، یک غول پیکر به اندازه ساختمان و 36 مگاوات ساعت | علم محبوب". Popsci.com ​بازبینی شده در 31 جولای 2013 .
43. Conway, E. (2 سپتامبر 2008) "بزرگترین باتری جهان در آلاسکا روشن شد" Telegraph.co.uk
44. Biello, D. (22 دسامبر 2008) "ذخیره نسیم: باتری جدید ممکن است نیروی باد را قابل اعتمادتر کند" Scientific American
45. "Auwahi Wind | Energy Solutions | Sempra US Gas & Power, LLC". Semprausgp.com. بایگانی شده از نسخه اصلی در 2 مه 2014 . بازبینی شده در 31 جولای 2013 .
46. "چگونه یک باتری کار می کند". کنجکاو ​25 فوریه 2016. بایگانی شده از نسخه اصلی در 26 مارس 2022.
47. «راهنما و راهنمای کاربرد دی سولفید آهن لیتیوم» (PDF) . energizer.com . بایگانی شده از نسخه اصلی (PDF) در 17 مارس 2006 . بازبینی شده در 20 سپتامبر 2018 .
48. جرم اکسید کننده هوا را شامل نمی شود.
49. Battery Knowledge – AA Portable Power Corp. بازیابی شده در 16 آوریل 2007. بایگانی شده در 23 مه 2007 در Wayback Machine
50. «ظرفیت باتری». techlib.com .
51. راهنمای درک مشخصات باتری، تیم خودروهای الکتریکی MIT، دسامبر 2008
52. کانگ، بی. سدر، جی (2009). "مواد باتری برای شارژ و دشارژ فوق سریع". طبیعت . 458 (7235): 190-193. Bibcode :2009Natur.458..190K. doi :10.1038/nature07853. PMID  19279634. S2CID  20592628.1:00–6:50 (صوتی) بایگانی شده در 22 فوریه 2012 در Wayback Machine
53. «نمونه اولیه خودروی اسپورت کمبریج اسپین‌آوت، شارژ فوق‌العاده سریع را از آزمایشگاه خارج می‌کند و به جاده می‌رود». دانشگاه کمبریج. 1 ژوئیه 2024.
54. دا سیلوا، ژوائو (14 اوت 2024). Zeekr: شرکت چینی خودروهای برقی ادعا می کند سریع ترین باتری جهان را شارژ می کند. اخبار بی بی سی .
55. «دوچرخه دوچرخه و تست استقامت باتری». دانشگاه شفیلد مرکز تحقیقات در زمینه ذخیره سازی انرژی الکتریکی و کاربردها . 5 اکتبر 2020.
56. «طول عمر باتری». NREL - تحقیقات حمل و نقل و تحرک . 30 مارس 2023.
57. خود تخلیه باتری ها. پزشکان خوردگی بازبینی شده در 9 سپتامبر 2007
58. توگند، آلینا (10 نوامبر 2007). "در خرید باتری، تصمیمات کافی برای خسته کردن این خرگوش". نیویورک تایمز . بازبینی شده در 6 ژوئیه 2024 .
59. باتری ها و شارژرهای قابل شارژ Energizer: سوالات متداول بایگانی شده در 9 فوریه 2009 در Wayback Machine . انرژی زا . بازبینی شده در 3 فوریه 2009.
60. "Eneloop، باتری های سازگار با محیط زیست و صرفه جویی در انرژی | Panasonic eneloop". www.panasonic-eneloop.eu . بایگانی شده از نسخه اصلی در 2 فوریه 2010.
61. نکات باتری قابل شارژ. اطلاعات فناوری NIMH. بازبینی شده در 10 اوت 2007
62. افسانه های باتری در مقابل واقعیت های باتری. بازبینی شده در 10 اوت 2007
63. Filip M. Gieszczykiewicz. "سوالات متداول Sci.Electronics: اطلاعات بیشتر باتری". repairfaq.org .
64. RechargheableBatteryInfo.com، ویرایش. (28 اکتبر 2005)، "اثر حافظه" به چه معناست؟، بایگانی شده از نسخه اصلی در 15 ژوئیه 2007 ، بازیابی شده در 10 اوت 2007
65. ریچ، وینسنت (1994). تجارت بین المللی سرب کمبریج: وودهد. 129.
66. سوالات متداول باتری چرخه عمیق بایگانی شده در 22 ژوئیه 2010 در Wayback Machine . باد و خورشید آریزونا شمالی بازبینی شده در 3 فوریه 2009.
67. پرسش‌های متداول درباره باتری ماشین و چرخه عمیق در ۶ نوامبر ۲۰۲۰ در Wayback Machine بایگانی شد . شرکت برق رنگین کمان . بازبینی شده در 3 فوریه 2009.
68. راهنمای باتری چرخه عمیق بایگانی شده در 17 فوریه 2009 در Wayback Machine . انرژی مهم است . بازبینی شده در 3 فوریه 2009.
69. از یاهو بپرسید: آیا قرار دادن باتری ها در فریزر باعث دوام بیشتر آنها می شود؟ بایگانی شده در 27 آوریل 2006 در Wayback Machine . بازبینی شده در 7 مارس 2007.
70. هیسلوپ، مارتین (1 مارس 2017). "پیشرفت باتری EV حالت جامد از مخترع باتری لیتیوم یونی جان گودناف". اخبار انرژی آمریکای شمالی اخبار انرژی آمریکا بازبینی شده در 15 مارس 2017 .
71. «خطرات باتری». یوتیوب . بازبینی شده در 20 سپتامبر 2018 .
72. باتری ها EPA. بازیابی شده در 11 سپتامبر 2007
73. بازیافت باتری » Earth 911 بایگانی شده در 12 اکتبر 2008 در Wayback Machine . بازبینی شده در 9 سپتامبر 2007.
74. «سوپروایزر سانفرانسیسکو ضایعات سمی باتری را هدف می گیرد». شبکه خبری محیطی (11 جولای 2001).
75. «برگه اطلاعات ایمنی محصول. Energizer (ص. 2). بازیابی شده در 9 سپتامبر 2007» (PDF) . بایگانی شده از نسخه اصلی (PDF) در 27 سپتامبر 2007 . بازیابی شده در 9 سپتامبر 2007 .
76. «باتری دکمه ای را قورت دادی؟ | باتری در بینی یا گوش؟». Poison.org. 3 مارس 2010. بایگانی شده از نسخه اصلی در 16 اوت 2013 . بازبینی شده در 26 جولای 2013 .
77. Dire، Daniel J. (9 ژوئن 2016)، ویریر، دیوید (ویرایش)، "مصرف باتری دیسک: پس زمینه، پاتوفیزیولوژی، اپیدمیولوژی" ، Medscape
78. طعم تلخ باطری مانع از خوردن آن می‌شود.، ۲۵ اکتبر ۲۰۲۱
79. «قانون مدیریت باتری های حاوی جیوه و قابل شارژ» (PDF) . EPA . بازبینی شده در 15 فوریه 2021 .
80. «بازیافت باتری در نیویورک... این قانون است!». call2recycle.org. 31 اکتبر 2013 . بازبینی شده در 2 ژوئن 2021 .
81. بیل شماره 1125 - قانون بازیافت باتری قابل شارژ سال 2006، ایالت کالیفرنیا (PDF) ، 2006 ، بازیابی شده در 2 ژوئن 2021
82. «شرکت بازیافت باتری قابل شارژ». www.rbrc.org ​بایگانی شده از نسخه اصلی در 12 اوت 2008 . بازبینی شده در 15 ژانویه 2022 .
83. دور انداختن باتری ها و باتری های مصرف شده. اتحادیه اروپا . بازبینی شده در 27 ژوئیه 2009.
84. «راهنمای الزامات علامت گذاری باتری های قابل حمل در اتحادیه اروپا 2008» (PDF) . EPBA-EU. بایگانی شده از نسخه اصلی (PDF) در 7 اکتبر 2011.
85. شوبر، بیل (4 اوت 2015). "باتری های لیتیومی: مزایا و معایب". GlobalSpec . بازبینی شده در 15 مارس 2017 .
86. فاولر، سوزان (21 سپتامبر 2016). فراخوان سامسونگ - مشکل باتری های لیتیوم یونی. نیویورک تایمز . نیویورک . بازبینی شده در 15 مارس 2016 .
87. «باتری ها: توافق بر قوانین جدید اتحادیه اروپا برای طراحی، تولید و تصفیه زباله». اخبار پارلمان اروپا (بیانیه مطبوعاتی). پارلمان اروپا 9 دسامبر 2022. بایگانی شده از نسخه اصلی در 11 دسامبر 2022 . بازیابی شده در 11 دسامبر 2022 .
88. «Neue EU-Regeln: Jeder soll Handy-Akkus selbst tauschen können» [قوانین جدید اتحادیه اروپا: همه باید بتوانند خودشان باتری گوشی های هوشمند را جایگزین کنند]. Wirtschaft. اشپیگل (به آلمانی). 9 دسامبر 2022. بایگانی شده از نسخه اصلی در 11 دسامبر 2022 . بازیابی شده در 11 دسامبر 2022 .

کتابشناسی

• دینگراندو، لورل؛ و همکاران (2007). شیمی: ماده و تغییر . نیویورک: Glencoe/McGraw-Hill. شابک 978-0-07-877237-5.چ. 21 (ص 662-695) در الکتروشیمی است.
• فینک، دونالد جی . H. Wayne Beaty (1978). کتاب استاندارد برای مهندسین برق، ویرایش یازدهم . نیویورک: مک گراو هیل. شابک 978-0-07-020974-9.
• نایت، رندال دی (2004). فیزیک برای دانشمندان و مهندسان: یک رویکرد استراتژیک. سانفرانسیسکو: آموزش پیرسون شابک 978-0-8053-8960-9.Chs. 28-31 (ص 879-995) حاوی اطلاعاتی در مورد پتانسیل الکتریکی است.
• لیندن، دیوید؛ توماس بی ردی (2001). کتابچه راهنمای باتری ها. نیویورک: مک گراو هیل. شابک 978-0-07-135978-8.
• ساسلو، وین ام (2002). الکتریسیته، مغناطیس و نور . تورنتو: یادگیری تامسون. شابک 978-0-12-619455-5.Chs. 8-9 (ص. 336-418) اطلاعات بیشتری در مورد باتری ها دارند.
• ترنر، جیمز مورتون. شارژ: تاریخچه باتری ها و درس هایی برای آینده انرژی پاک (انتشارات دانشگاه واشنگتن، 2022). بررسی آنلاین

لینک های خارجی

• رسانه‌های مرتبط با باتری‌های الکتریکی در ویکی‌انبار
• باتری در Curlie
• باتری های غیر قابل شارژ (بایگانی شده در 22 اکتبر 2013)
• HowStuffWorks: باتری ها چگونه کار می کنند
• سایر انواع سلول های باتری
• بسته آموزشی و یادگیری DoITPoMS - "باتری ها"