باتري يك سيستم الكتروشيميايي است كه انرژي الكتريكي را به صورت انرژي شيميايي در ساختار مواد الكتروفعال ذخيره كرده و در موقع مصرف آنرا به صورت انرژي الكتريكي در اختيار مصرف كننده قرار مي دهد. با پيشرفت صنعت، باتري ها نيز از لحاظ فنآوري پيشرفت كرده و هر روز نياز و علاقه مندي به باتري هاي با قابليت و ويژگي هاي خاص بيشتر مي شود و اين باعث اهميت تحقيقات در زمينه باتري مي شود. امروزه باتري ها كاربردهاي زيادي پيدا كرده اند از جمله در كامپيوترها، وسايل ارتباطي، كنترل گرهاي صنعتي، لوازم الكتريكي، فضاپيماها، تجهيزات آزمايشگاهي و غيره.
با وجود اختراع باتري در 2955 سال پيش توسا ايرانيان در سرزمين بين النهرين، بيشتر اطلاعات تاريخي ابداع باتري مربوط به سال 1955 ميلادي است يعني زماني كه آقاي ولتا توانست با استفاده از واكنش شيميايي بين دو فلز مختلف جريان الكتريكي توليد كند. در پيل ولتايي اوليه از صفحات روي و نقره و يك جدا كننده نارساناي اشباع شده با آب دريا استفاده شده بود. اين كشف از اين نظر حائز اهميت بود كه براي اولين با منبع جرياني ساخته شده بود كه جريان الكتريكي پايا و قابل كنترلي توليد مي كرد. چنين آزمايش هايي با تركيبات مختلفي از فلزات و الكتروليتت ها بيش از 65 سال ادامه يافت. يوهان ريتر اولين كسي بود كه در سال 1952 طرح باتري قابل شارژ را ارئه نمود. اما اين كار تا مدت ها به صورت يك تحقيق صرفا آزمايشگاهي بود، تا اينكه در 1965 ميلادي باتري هاي سرب اسيد به صورت تجاري وارد بازار شد. باتري هاي ليتيم يون كه متفاوت از باتري هاي ليتيمي يا باتري هاي ليتيم يون پليمر است براي اولين بتار در سال 1316 توسط آقاي واتينگهام از شركت اكسون معرفي شد و اولين باتري ليتيم يون تجاري در سال 1331 توسا شركت سوني به بازار ارائه شد. با توجه به كاربردهاي متنتوع باتري ليتيم يون از جمله در لوازم الكترونيكي، موبايل ها و كامپيوترهاي قابل حمل، در ذيل به صورت اجمالي توضيحاتي در ارتباط با ويژگي باتري ها ارائه مي گردد.
تصاویری از باتری اختراع شده توسط ایرانیان
1- اجزای تشکیل دهنده باتری ها
عموماً باتري ها متشكل از سه بخش اساسي هستند :
1- الكترود منفي يا آند: كه طي واكنش الكتروشيميايي به مدار خارجي الكتترون داده، خود اكسيد مي شود.
2- الكترود مثبت يا كاتد: كه طي واكنش الكتروشيميايي از مدار خارجي الكترون پذيرفته، خود كاهيده مي شود.
3- الكتروليت يا هدايت كننده يوني: كه محيطي را براي انتقال بار در قالب جابجايي يون ها، درون پيل و ما بين كاتد و آند فراهم مي آورد.
طرح شماتیک از اجزای باتری ها
2- انواع باتری ها
به طور كلي مي توان باتري ها را به سه دسته بزرگ باتري هاي اوليه، ثانويه و پيل هاي سوختي تقسيم كرد.
1-2- باتری های اولیه
اين نوع باتري ها بر اساس واكنش هايي كه برگشت پذير نيستند، طراحي و ساخته شده اند و بنابراين قابليت شارژ مجدد را ندارد. به عبارت ديگر باتري هاي اوليه پس از دشارژ يا تخليه و كامل شدن واكنش شيميايي، امكان انجام واكنش عكس و ذخيره مجدد انرژي را ندارند.
2-2- باتری ثانویه
اساس كار اين نوع باتري ها يك واكنش برگشت پذير است. تمام واكنش هايي كه طي تخليه باتري براي توليد انرژي الكتروشيميايي رخ مي دهد، بايد در مرحله دشارژ بطور برگشت پذير قابل اجرا باشند. انجام هرگونه واكنش جانبي باعث تغيير در كارايي باتري و اغلب هم موجب كاهش بازده كل مي شود.
3-2- پیل های سوختی
در پيل هاي سوختي، هدف استفاده هرچه بهتر از انرژي آزاد حاصل از سوختن انرژي آزاد واكنش سوخت هايي مانند هيدروژن، مونوكسيد كربن، متان و يا متانول و تبديل آن بته انرژي الكتريكي است. روش كار در پيل هاي سوختي به طور كلي با ديگر باتري ها متفاوت است. بر خلاف باتري ها كه در واقع انباره اي براي ذخيره سازي انرژي الكتريكي است، پيل هاي سوختي، انرژي شيميايي را مستقيما به انرژي الكتريكي تبديل مي نمايند. يعني انباره نبوده و به عنوان مولد عمل مي كنند.
3- باتری های قابل شارژ
از مهمترين ويژگي هاي باتري قابل شارژ، برگشت پذير بودن واكنش هاي شيميايي آنها است. در طي فرايند دشارژ، باتري انرژي شيميايي را به انرژي الكتريكي تبديل مي كند و اين انرژي توسط يك مصرف كننده به كار گرفته مي شود. فرايند شارژ شامل اعمال يك جريان الكتريكي از مدار خارجي در جهت عكس دشارژ كه منجر به تبديل انرژي الكتريكي به انرژي شيميايي مي شود. البته بايد تبديل به طور موثر انجام شود و كمترين تغييرات را در چرخه عمر يك باتري داشته باشد.
از جمله باتريهاي قابل شارژ مي توان به موارد زير اشاره كرد:
1- باتري هاي سرب- اسيد
2- باتري هاي قليايي قابل شارژ نظير نيكل- كادميوم، روي- دي اكسيد منگنز و …
3- باتري هاي فلز- هوا
4- باتري هاي ليتيم- سولفيد آهن
5- باتري هاي ليتيم- يون
