باطری ها

[mani24 29,665]

باطری های نیکل - کادمیم

یکی از قطعات الکترونیکی که در ساخت بسیاری از پروژه های هوافضا کاربرد دارند باتری ها می باشند. انواعی از باتری ها وجود دارند که از نیکل به عنوان یک پایه ی پیل استفاده می کنند. این نوع باتری ها از نظر اقتصادی به صرفه ترند. خصوصیات کلی این ها را می توان در زیر مشاهده کرد:

 

• قابلیت شارژ و دشارژ بیش از 600 بار
  
• قابلیت تامین شدت جریان 500 میلی آمپر ساعت و یا بیشتر
  
• تامین شدت جریان چند آمپری لحظه ای (c نسبتا بالا)
  
• محدوده کاربرد وسیع و مناسب( از 40- تا 50 درجه سانتی گراد)
  
• تحمل ادامه شارژ بیش از حد و بی نیاز از مراقبت های خاص
  

 

این باتری ها به دو دسته ی کلی تقسیم می شوند:

1. نوع تهویه ای

2. نوع بدون منفذ با الکترودهای زینتر شده

 

 

این باتری ها از نیکل هیدروکسید، کبالت هیدروکسید و گرافیت برای الکترودهای مثبت و از کادمیم اکسید، آهن، نیکل، و گرافیت برای الکترودهای منفی استفاده می کنند. پوشش باتری ها از ورق های فولادی (با لایه ای از اپوکسی یا پلی اتیلن) و جلدهای پلاستیکی است.

 

 

ساختمان کلی:

 

سلول های نیکل کادمیم یا به علامت اختصار "Ni - Cd" در دو نوع استوانه ای و دکمه ای ساخته و عرضه می شوند که در زیر به بعضی تفاوت های آن ها اشاره می کنیم:

سلول های دکمه ای همواره از یک یا دو جفت صفحه ی گرد که توسط ماده خلل و فرج داری عایق شده اند تشکیل می شوند. خود این صفحات با فشردن ماده ای خمیری فعال در یک فلز مشبک تهیه می شوند. در باتری های نوع استوانه ای از ورقه های نرمی استفاده شده که می توان آن ها را به دور هم پیچید. این ورقه ها از زینتر کردن پودر نیکل بر روی پایه ای از جنس نیکل ساخته می شوند. عایق بین صفحات از نوعی ماده متخلخل است. زینتر کردن روشی در عملیات حرارتی در متالوژی فلزات است. در هر دو گونه، باتری ها کلا توسط ورقه ای از جنس نایلون پوشیده و نفوذناپذیر می گردند.

 

 

باتری های استوانه ای مجهز به نوعی سامانه سوپاپ فنری برای جلوگیری از افزایش فشار گازهای درونی در هنگام شارژ بیش از حد یا تخلیه بیش از اندازه عمل می کند. شکل بالا ساختار درونی یک باتری نیکل کادمیم استوانه ای را نشان می دهد.

 

مشخصات کلی:

 

مقاومت داخلی این نوع باتری ها بسیار کم است و به وسیله آن ها می توان به جریان زیاد لحظه ای دست یافت. میزان مدت زمان در شارژ ماندن این ها در موقع انبار کردن بستگی به دمای محیط دارد. درجه حرارت مناسب برای این باتری ها 10 تا 35 درجه است و در غیر این دماها شارژ آن بسیار سخت انجام می شود. با کم شدن دما مقاومت داخلی نیز افزایش پیدا می کند.

 

در زیر جدول باطریهای متداول لیتیم و نیکل با کاتد و آندهای مختلف را می بینید. دو نوعی که با فلش مشخص شده از انواع کاربردی در هواپیماهای الکتریکی هستند.

 

 

 

 

منبع : تبیان

[mani24 29,665]

باتری سربی

 

 

 

باتری های اتومبیل از نوع باتری های سربی هستند. قطب های این نوع باتری از صفحه های مشبکی ساخته می شود که جنس آن ها آلیاژ سرب و آنتیموان است. درون حفره های این صفحه ها را از مواد زیر با فشار پر می کنند:

 

صفحه های قطب مثبت را با خمیر Pb₃O₄ (به نام صنعتی سرنج )

صفحه های قطب منفی را با خمیر PbO(به نام صنعتی لیتارژ)

 

و صفحه ها درون ظرفی محتوی اسید سولفوریک قرار داده می شوند.

این باتری ها قابلیت شارژ و دوباره استفاده شدن را دارند.

 

 

 

 

باتری پولیمر لیتیم ـ یون

 

باتریهای لیتیم از لیتیم در حالت فلزی آن استفاده می کنند تا به یک چگالی انرژی بسیار بالا دست پیدا کنند ، در نتیجه مدت عمل طولانی و طول عمر نگهداری (در قفسه ) زیادی دارند . باتریهای لیتیم می توانند پس از پنج سال عدم استفاده تا ۹۷ درصد از ظرفیت اسمی خود را حفظ کنند. باتریهای لیتیم بهترین جایگزین برای باتریهای قلیایی استاندارد دوربینهای دیجیتال ، دستگاهای پخش MP۳ و سایر وسایل الکترونیکی هستند

 

باتری لیتیوم مورد استفاده در سیستم های خودرو الکتریکی ، لپ تاپ ها و تلفن های همراه می باشند.

 

 

 

 

خطرات و نقايص مربوط به باتری

 

 

 

• انفجار
  
• نشتی
  
• ملاحظات زيست محيطی
  

انفجار: پديده انفجار باتری عموماً ناشی از عدم کاربرد يا کارکرد صحيح باتری است. به عنوان مثال تلاش برای شارژ نمودن مجدد باتری های يک بار مصرف يا غير قابل شارژ اتصال کوتاه نمودن دو قطب مثبت و منفی باطری می تواند باعث انفجار اين منبع انرژی الکتريکی شود.

 

 

 

نشتی: در بعضی از باتری ها از مقوا، فلز روی و مواد شيميایی استفاده می شود. واکنش شيميايی درون باتری در مدت زمان طولانی، باعث خروج و نشت مواد شيميايی داخل باتری به بيرون شده و ايجاد خوردگی شيميایی در قطعات فلزی دستگاه ها که اطراف باتری قرار دارند می نمايد.

 

 

 

ملاحظات زيست محيطی: افزايش استفاده از باتری ها و کاربردهای وسيع آن باعث افزايش زباله های صنعتی و مشکلات زيست محيطی جديد اين محصول شده است. توليد کنندگان باتری از مواد شيميايی خطر ناک برای ايجاد کارايي بهتر باتری های توليدی خود استفاده می کنند. زباله های باطری باعث بالا رفتن آلودگی محيط زيست به سموم مهلک فلزی باتری ها شده است .

[z.b 6,335]

ساخت باتری های دوستدار محیط زیست با چوب

 

دانشمندان دریافته اند می توان با استفاده از تراشه های چوب پوشش داده شده با فلز قلع، باتری های دوستدار محیط زیست و بادوام ساخت.به گزارش خبرگزاری مهر، پژوهشگران دانشگاه مریلند در آمریکا این اجزا را در باتری که هزار بار نازک تر از یک تکه کاغذ است، مورد آزمایش قرار دادند. استفاده از سدیم به جای لیتیوم که در بسیاری از باتری های قابل شارژ به کار می رود، این باتری را دوستدار محیط زیست می کند.

 

 

 

سدیم به خوبی لیتیوم انرژی را ذخیره نمی کند از این رو نمی توان این باتری را در تلفن های همراه به کار گرفت اما درعوض هزینه ارزان و مواد رایج به کار رفته در این باتری های جدید آن را به شیوه ایده الی برای ذخیره سازی فوری میزان زیادی انرژی تبدیل می کند مانند انرژی خورشیدی در نیروگاه های برق. باتری های کنونی بر روی پایه های محکمی ساخته می شوند تا در برابر افزایش و کاهش حجم ناشی از ذخیره سازی الکترون ها و پس از تخلیه انرژی موجود در آن، مقاوم باشند.

 

«لیانگ بینگ هو» و «تنگ لی» مجریان این طرح دریافته اند الیاف چوب به اندازه کافی انعطاف پذیر هستند که به باتری سدیم یونی خود اجازه دهند 400 چرخه شارژ را تجربه کنند. همین انعطاف پذیری، این باتری ها را بادوام ترین نانوباتری های موجود در جهان خواهد کرد. دانشمندان ایده ساخت این باتری را از درخت الهام گرفتند. الیاف چوب که درخت را می سازد آب غنی از مواد معدنی را در خود نگه می دارد و از این رو برای الکترولیتهای ذخیره ساز مایع ایده آل است و نه تنها آنها را به پایه ای برای ساخت باتری بلکه بخش فعال باتری تبدیل می کند.

 

پژوهشگران می گویند پس از صدها بار شارژ و مصرف شارژ این باتری، چوب چروکیده می شود اما دست نخورده باقی می ماند. مدل های رایانه ای نشان می دهد که این چروک ها به خوبی از فشار در باتری در طول شارژ و تخلیه شارژ می کاهد، از این رو باتری می تواند چرخه های شارژ و تخلیه شارژ زیادی را تحمل کند. هل دادن یونهای سدیم از طریق آند قلع، اغلب ارتباط فلز به ماده پایه را تضعیف می کند. اما الیاف چوب آن قدر نرم هستند که به عنوان یک بافر مکانیکی عمل کنند و از این رو می تواند تغییرات فلز را در خود جا دهند. این رمز باتری های با دوام سدیم یونی دانشگاه مریلند است.

 

[z.b 6,335]

پیل های هیدروژنی

 

پاورپوینتی قابل تحسین از دانشجوی صنایع شیمیایی آموزشکده شهید رجایی لاهیجان

 

 

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

 

 

[z.b 6,335]

افزایش دوام و ظرفیت باتری‌ها با داربستی از نانولوله‌های کربنی

 

محققان آمریکایی موفق به ساخت ساختار کامپوزیتی از نانولوله کربنی و سیلیکون شدند که می‌تواند دوام و ظرفیت باتری‌ها را افزایش دهد.

 

 

پژوهشگران دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی موفق به ساخت نانوداربست انعطاف‌پذیری شدند که می‌تواند برای تولید باتری‌های قابل شارژ یون لیتیم مورد استفاده قرار گیرد. این نانوداربست می‌تواند طول عمر باتری‌های را افزایش دهد. این پژوهشگران درباره چگونگی پوشش‌دادن ورقه‌هایی از نانولوله کربنی با استفاده از سیلیکون توضیحاتی ارائه کردند. با این کار ظرفیت ذخیره‌سازی باتری‌ها نسبت به همتایان گرافیتی خود افزایش قابل توجهی پیدا می‌کند.

 

فیلیپ باردفورد از محققان این پروژه می‌گوید: «استفاده از سیلیکون در باتری‌ها موجب افزایش ظرفیت آنها می‌شود به طوری که گاهی تا 10 برابر افزایش ظرفیت مشاهده می‌شود. اما از سوی دیگر افزودن سیلیکون ده‌ها مشکل جدید ایجاد می‌کند.»

 

یکی از مهمترین مشکلات سیلیکون در باتری‌ها آن است که با دشارژ شدن یون لیتیم، سیلیکون دچار چروکیدگی می‌شود. در واقع بعد از شارژ و دشارژ کردن باتری، سیلیکون از الکترود جدا شده و به صورت شناور در باتری معلق می‌شود که این امر موجب کاهش پایداری باتری می‌شود.

 

زمانی که نانولوله‌های کربنی به صورت همتراز در یک راستا قرار گیرند ساختاری شبیه یک دسته نی را ایجاد می‌کنند که این ساختار می‌تواند تورم سیلیکون را کاهش دهد و در نهایت موجب پایدارتر شدن این ماده در بدنه باتری شود. مزیت این داربست در این است که به صورت فنر مانند تغییر شکل می‌دهد در نتیجه موجب پایداری ساختار سیلیکون می‌شود. انجام این پروژه می‌تواند به تولید باتری‌هایی با ظرفیت و دوام بالا ختم شود.

 

ژانگ استادیار رشته مهندسی نساجی این دانشگاه می‌گوید: «هر روز تقاضا برای باتری‌ها افزایش می‌یابد. از تلفن‌های همراه گرفته تا خودروهای برقی نیاز به باتری‌هایی با ظرفیت بالا دارند تا بتوانند زمان طولانی‌تری را بدون شارژ کردن کار کنند. ما معتقد هستیم که این داربست جدید می‌تواند صنعت تولید باتری را متحول کند هر چند هنوز برای تجاری‌سازی آن باید بهبودهایی انجام شود. فرایند تولید این داربست به شکلی است که به راحتی می‌توان آن را برای تولید در مقیاس انبوه به کار گرفت.»

 

حمایت‌های ملی این پروژه توسط American Chemical Society Petroleum Research Fund انجام شده است.

نتایج این پژوهش در قالب مقاله‌ای در نشریه Advanced Materials به چاپ رسیده است.

 

منبع :

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

ستاد ویژه توسعه فناوری نانو

[z.b 6,335]

ساخت باتری انعطاف‌پذیر از نانولوله‌های کربنی

 

محققان با استفاده از نانولوله‌های کربنی و میکروذرات موفق به ساخت باتری انعطاف‌پذیر شدند. این باتری را می‌توان در ابعاد مختلف تولید کرد.

 

 

 

پژوهشگران موسسه فناوری نیوجرسی موفق به ساخت باتری انعطاف‌پذیری شدند که در ساختار آن از نانولوله‌های کربنی استفاده شده‌است. از این باتری می‌توان برای تولید ادوات الکترونیکی انعطاف‌پذیر استفاده کرد.

 

مدت‌هاست که دانشمندان به دنبال تولید نمایشگرهای انعطاف‌پذیر مجهز به دیودهای ‌نشر نور آلی (OLED) هستند. در صورت تولید این نمایشگرها می‌توان تلفن‌های هوشمند، تبلت‌ها، کامپیوترها و تلویزیون‌های انعطاف‌پذیر ساخت. باتری جدید می‌تواند برای ساخت این نمایشگرها بسیار مفید باشد. در این باتری، از نانولوله‌های کربنی و میکروذرات استفاده شده‌است. با وجود این ترکیبات می‌توان انتظار داشت که این باتری کاملا منعطف باشد.

 

سومنات میترا از محققان این پروژه می‌گوید: این باتری را می‌توان در ابعاد یک سوزن یا به بزرگی یک فرش تولید کرد؛ بنابراین می‌توان گفت که کاربردهای این باتری بسیار وسیع است. شما این باتری را می‌توانید به‌صورت بدنه خودرو طراحی کنید و در عین حال از آن برای تامین انرژی خودرو نیز استفاده کنید.

 

محققان این پروژه فناوری تولید این باتری را به‌صورت پتنت درآورده و در حال ثبت آن هستند، از سوی دیگر جزئیاتی درباره آن را در قالب مقاله در نشریه Advanced Materials به چاپ رسانده‌اند. در ساخت این باتری ژیکیان وونگ، دانشجوی دکتری شیمی این موسسه نیز با میترا همکاری کرده است.

 

یکی از نکات جالب در این پروژه آن است که می‌تواند توسط خود مشتریان نیز تولید شود. در واقع قطعات مختلف باتری به‌صورت یک کیت در آمده و مونتاژ آن توسط مصرف‌کننده انجام شود. میترا می‌گوید: ما از نانولوله‌های کربنی برای تولید این باتری استفاده کردیم، این که می‌توان از این نانوساختار در تولید یک فناوری جدید استفاده کرد بسیار جالب توجه است.

 

 

منبع :

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

؛ ستاد ویژه توسعه فناوری نانو

[z.b 6,335]

ساخت نانوالکترود خودترمیم شونده برای باتری یون لیتیم

 

پژوهشگران با اعمال پوشش پلیمری روی الکترودها موفق به ساخت الکترودی با قابلیت خودترمیم شوندگی شدند. این الکترود با استفاده از نانوکامپوزیت پلیمری رسانا پوشش داده شده‌است که می‌توان از آنها در باتری‌های یون لیتیم استفاده کرد.

 

 

یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه استنفورد موفق به ساخت اولین باتری خود ترمیم‌شونده شده‌است. با این یافته‌ اخیر می‌توان منتظر نسل جدیدی از باتری‌های یون لیتیم برای خودروها، تلفن‌های همراه و دیگر ادوات الکترونیکی بود.

 

محققان این پروژه می‌گویند راز موفقیت این پژوهش در این نکته نهفته است که از یک پلیمر ارتجاعی برای پوشش‌دهی سطح الکترود استفاده می‌شود؛ بنابراین زمانی که در اثر کارکردن ترک روی این الکترود ایجاد می‌‌شود پلیمر ارتجاعی می‌تواند خود را ترمیم کند. نتایج این پژوهش در نشریه Nature Chemistry به چاپ رسیده است.

 

چو وانگ از محققان این پژوهش می‌گوید: خودترمیمی یک ویژگی بسیار مهم برای طول عمر حیوانات و گیاهان محسوب می‌شود. بنابراین ما سعی کردیم تا این ویژگی را در باتری یون لیتیم ایجاد کنیم.

 

این گروه تحقیقاتی برای ایجاد خاصیت رسانایی در پلیمر، به آن نانوذراتی از جنس کربن اضافه کردند. باو از محققان این پروژه می‌گوید: ما دریافتیم که الکترودهای سیلیکونی در صورت داشتن پوشش خودترمیم شونده پلیمری 10 برابر طول عمر بیشتری نسبت به الکترودهای بدون پوشش خواهند داشت. یی چوی استادیار دانشگاه استنفورد می‌گوید: ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی در این باتری در حد و اندازه‌های باتری‌های تجاری است؛ با این حال ما به دنبال افزایش این ظرفیت هستیم. این باتری می‌تواند تا 100 بار شارژ/دشارژ شود بدون این‌که عملکرد آن دستخوش تغییر محسوسی گردد.

 

چوی می‌افزاید: ما هنوز با شرایط ایده‌آل فاصله داریم؛ این باتری باید بتواند تا 500 بار شارژ/دشارژ برای تلفن‌های همراه و 3000 بار شارژ/دشارژ برای خودروها دوام کافی را داشته باشد.

 

پژوهشگران در سراسر جهان در حال رقابت برای افزایش قدرت ذخیره انرژی در الکترود منفی باتری‌ها هستند؛ غایت آرزوی آنها این است که عملکرد باتری را افزایش داده و وزن را کاهش دهند. روش‌های متعددی ارائه شده که برخی سمی بوده و برخی پرهزینه است. این گروه تحقیقاتی با افزودن نانوذرات به پلیمر و پوشش دادن الکترود با پلیمر رسانا موفق شدند عملکرد مکانیکی الکترود را بهبود دهند. ایجاد خاصیت خودترمیم شوندگی بدون کاهش ظرفیت باتری موفقیت بزرگی است که محققان این پروژه به آن دست یافتند.

 

منبع:

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

؛ ستاد ویژه توسعه فناوری نانو