باتری سلول خشک: طرز کار و استفاده

باتری سلولی خشک نوعی باتری شیمیایی است که از یک الکتروت استفاده می‌کند که در حالت بی‌حرکت است. الکترولیت موجود در این باتری محتوی رطوبت بسیار کمی است تا از طریق آن اجازه عبور جریان را بدهد. در این مقاله، تاریخچه، تعریف، ترکیب، استفاده و فرایند بازیافت باتری سلولی خشک فراهم شده است.
آیا می‌دانستید؟
باتری سلولی خشک در سال 1887 توسط دانشمند آلمانی به نام کارل گاسنر به وجود آمد. این وسیله بعدا در سال 1982 به ثبت رسید.
قبل از این‌‌که به ترکیب و کارکرد باتری سلولی خشک بپردازیم، این نکته اهمی دارد که بدانیم باتری چیست. باتری وسیله یا ابزاری است که تحت برخی واکنش‌های شیمیایی الکتریسیته تولید می‌کند. بر خلاف باتری‌هایی با سلول مرطوب، باتری‌های سلول خشک غیرقابل شارژ می‌باشند. باتری‌های سلول خشک همانطور که از نامشام پیداست هیچ نوع مایعی ندارند. به‌جای آن حاوی خمیری هستند که به عنوان الکترولیت عمل می‌کند. باتری‌های سلولی حاوی خمیر هستند زیرا آن از نظر سازگاری ضخیم‌تر است و در نتیجه، نشت نخواهد کرد. الکترولیت این باتری حاوی مقدار کمی رطوبت است، تا برای عبور جریان از میان آن کافی باشد. بیشتر بخوانید تا در مورد جزئیات باتری سلولی خشک بیشتر بدانید.
چگونه یک باتری سلول خشک کار می‌کند؟
نقش هر باتری این است که انرژی شیمیایی را به انرژی الکتریکی تبدیل کند. باتری سلول خشک یک باتری تولیدکننده ولتاژ است، حاوی الکترولیت شیمیایی به فرم خمیر ضخیم است. این باتری ولتاژی برابر با 1.5 ولت تولید می‌کند. با توجه به علم، یک الکترولیت رسانایی است که در باتری مورد استفاده قرار می‌گیرد تا مدار را راه بیاندازد. آن می‌تواند بار مثبت یا منفی داشته باشد.
دیاگرام یک باتری سلول خشک
در نمودار بالا (که نشان‌دهنده بخش‌هایی از یک باتری خشک است)، پوشش روی باعث حصاری برای الکترولیت می‌شود و کاتود به عنوان کل است. آمونیوم کلرید الکترولیتی است که در این نوع باتری مورد استفاده قرار می‌گیرد. درست پیش از الکترولیت دی اکسید منگنز واقع شده که به وسیله جداکننده یا پارتیشن‌بندی از الکترولیت جدا می‌شود. در مرکز باتری سلولی یک میله کربنی قرار دارد که کاتود است. پوشش روی به عنوان آنود در نظر گرفته می‌شود. حالا ما در مورد ساختار و بخش‌های باتری سلول خشک چیزهایی می‌دانیم، اجازه دهید در مورد کار آن هم بدانیم. هر بخشی از دستگاه باتری دارای واکنش شیمیایی است که در داخل آن رخ می‌دهد. در حالی که یک واکنش تقلیل‌دهنده در الکترود کربنی رخ می‌دهد، اکسیداسیون در پوشش روی که آنود است رخ می‌دهد. واکنش‌های شیمیایی که تمامی مراحل تولید انرژی را تعریف می‌کند به شرح زیر است:
یون آمونیوم از کلرید آمونیوم با دو الکترون واکنش می‌دهد تا آمونیاک و گاز هیدروژن تولید شود.
2NH4 (aq) + 2e- ➜ 2NH3 (g) + H2 (g)
دی اکسید منگنز در نزدیکی کاتد با گاز آزاد شده هیدروژن واکنش می‌دهد تا منگنز (III) اکسید و آب تولید شود.
2MnO2 (s) + H2 (g) ➜ Mn2O3 (s) + H2O (l)
از ترکیب معادله 1 و 2 این نتیجه حاصل می‌شود:
2NH4 (aq) + 2MnO2 (s) + 2e- ➜ Mn2O3 (s) + 2NH3 (g) + H2O (l)
نیم واکنش در آنود روی به شرح زیر است:
Zn (s) ➜ Zn2+ + 2e-
از ترکیب همه معادلات بالا نتیجه زیر حاصل می‌شود:
Zn (s) + 2MnO2 (s) + 2NH4 (aq) ➜ Mn2O3 (s) + H2O (l) + Zn2 + 2NH3 (g)
با توجه به این واکنش‌ها، انرژی شیمیایی تبدیل به انرژی الکتریکی می‌شود. سپس این انرژی از طریق مدار خارجی از باتری به دستگاه متصل جریان می‌یابد.
توجه داشته باشید:
1) کلرید روی می‌تواند به عنوان جایگزین آمونیوم کلرید استفاده شود.
2) گاهی اوقات کربن به عنوان ترکیب اضافی به منگنز دی اکسید افزوده می‌شود.
باتری سلول خشک در سایزهای مختلفی مانند AA, AAA, C, D, و 9 ولتی وجود دارد. استفاده از آن در درجه اول به اندازه آن بستگی دارد. در حالی که باتری‌های سایز کوچک در ساعت‌ها یا ماشین‌حساب‌ها کاربرد دارند، آن‌هایی که نسبتا اندازه بزرگتری دارند در رادیو و چراغ قوه به کار برده می‌شوند. علاوه بر استفاده رایج از باتری روی کربنی، نمونه‌های دیگر باتری‌های سلول خشک باتری‌های PP3 (همچنین به عنوان باتری رادیو ترانزیستوری شناخته می‌شود)، لیتیوم –یون، نیکل /کادمیوم و نیکل متال هیکروکسید هستند.
تست کردن یک باتری خشک:
چیزهایی که نیاز دارید:
مولتی‌متر و باتری AA
1) مولتی‌متر باید به منظور خواندن ولتاژ تنظیم شود.
2) نوک پروب قرمز باید بالای باتری را لمس کند، در حالی که پروب سیاه باید ته باتری را لمس کند.
3) مولتی‌متر باید مقدار ولتاژ را 1.5 ولت نشان دهد. اگر چنین باشد نشان می‌دهد که باتری در وضعیت خوبی است. حتی یک تغییر جزئی هم نشان می‌دهد که باتری نیاز به تعویض دارد.
کاربردها
 باتری‌ها در اندازه بزرگتر در چراغ قوه‌ها، کنترل از راه دور، رادیو و ... مورد استفاده قرار می‌گیرد. آنهایی که در اندازه کوچک‌تر هستند در ساعت‌های مچی، بازی‌های ویدیویی، ماشین حساب‌ها، دستگاه‌های الکترونیکی دستی و ... استفاده می‌شوند.
 آن‌ها در موتورهای کوچک (به طور عمده در هارد دیسک، صندللی چرخ‌دار و ...) و موتورهای بزرگ (به طور عمده دریایی، خودرو و ...) مورد استفاده قرار می‌گیرند.
مزایای استفاده از باتری خشک
 در مقایسه با باتری‌های سلول مرطوب قیمت پایینتری دارند.
 الکترولیت این باتری‌ها از خمیر ضخیم و غیرقابل حرکت هستند. بنابراین، این باتری‌ها عمر طولانی‌تری دارند.
 مهمترین مزیت این باتری‌ها اندازه کوچک و شکل جمع و جور این‌ها است. این قابلیت باعث می‌شود که قابل حمل و مناسب برای دستگاه‌های کوچک باشند.
 آن‌ها حاوی الکترولیت مایع نیستند. این باعث می‌شود که نسبت به همتایان سلول مرطوب وزن سبک‌تری داشته باشند.
 آن‌ها تهدیدی برای محیط زیست محسوب نمی‌شوند چون حاوی هیچ‌گونه ماده فاسدکننده طبیعت نیستند.
فرایند بازیافت
باتری‌های سلول خشک از نوع اولیه و ثانویه هستند. در حالی که نوع اولیه قابلیت شارژ شدن را ندارند، نوع دوم می‌تواند شارژ شود. بنابراین، نوع اول زمانی که خالی شد باید دور انداخته شود. اگرچه آن‌ها به عنوان تهدیدی برای طبیعت محسوب نمی‌شوند اما بهتر است که از راه صحیح دفع شوند. باتری قلیایی می‌تواند از طریق سطح زباله عادی دفع شود. یک راه حل مرتبط دیگر با این قضیه می‌تواند توسل به استفاده از باتری‌های سلول خشک ثانویه باشد. این کار اجازه می‌دهد که باتری را دوباره شارژ کنید و مجددا از آن استفاده کنید، بنابراین آشغال نیز کاهش می‌یابد.
اگرچه باتری خشک ظرفیت تولید شارژ پایینی دارد، اما آن‌ها در تعدادی از دستگاه‌های کوچک که نیاز به انرژی کمتری دارند کاربرد دارند. مانند ضرب المثل قطره قطره جمع گردد وانگهی دریا شود، تعدادی باتری سلول خشک نیز همراه با همدیگر می‌توانند ولتاژ بالایی فراهم کنند.