बैटरियों - प्रकार और काम

बड़े पैमाने पर औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए बुनियादी हाथ में उपकरणों के लिए बैटरी सबसे आम शक्ति स्रोत हैं। एक बैटरी को परिभाषित किया जा सकता है क्योंकि यह एक या एक से अधिक विद्युत कोशिकाओं का एक संयोजन है जो संग्रहीत रासायनिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने में सक्षम हैं।

बैटरी का कार्य:

बैटरी एक उपकरण है, जिसमें विभिन्न वोल्टीय कोशिकाएँ होती हैं। प्रत्येक वोल्टेइक सेल में एक प्रवाहकीय इलेक्ट्रोलाइट धारण आयनों और बिल्ली आयनों द्वारा श्रृंखला में जुड़े दो आधे सेल होते हैं। एक आधे सेल में इलेक्ट्रोलाइट और इलेक्ट्रोड शामिल होते हैं, जिनसे आयन चलते हैं, यानी एनोड या निगेटिव इलेक्ट्रोड में दूसरे आधे सेल में इलेक्ट्रोलाइट और इलेक्ट्रोड शामिल होते हैं, जिनसे बिल्ली आयन चलती है, यानी कैथोड या पॉजिटिव इलेक्ट्रोड।

रेडॉक्स प्रतिक्रिया में जो बैटरी को शक्ति देता है, कमी कैथोड पर कटिंग के लिए होती है, जबकि एनोड पर आयनों में ऑक्सीकरण होता है। इलेक्ट्रोड एक दूसरे को स्पर्श नहीं करते हैं, लेकिन इलेक्ट्रोलाइट द्वारा विद्युत रूप से जुड़े होते हैं। अधिकतर आधी कोशिकाओं में अलग-अलग इलेक्ट्रोलाइट्स होते हैं। हर आधे सेल पर विचार करने वाली सभी चीजें एक कंटेनर और एक विभाजक में संलग्न होती हैं जो आयनों के लिए छिद्रपूर्ण होती हैं, लेकिन इलेक्ट्रोलाइट्स के थोक मिश्रण को रोकती नहीं हैं।

बैटरी का कार्य करना

प्रत्येक आधे सेल में एक इलेक्ट्रोमोटिव बल (ईएमएफ) होता है, जो आंतरिक से सेल के बाहरी हिस्से तक विद्युत प्रवाह को चलाने की क्षमता द्वारा निर्धारित होता है। कोशिका का शुद्ध ईएमएफ इसके आधे कोशिकाओं के ईएमएफ के बीच का अंतर है। इस तरह, अगर इलेक्ट्रोड में ईएमएफ है और दूसरे शब्दों में, नेट ईएमएफ अर्ध-प्रतिक्रियाओं की कमी क्षमता के बीच का अंतर है।

बैटरी कैसे बनाए रखें?

बैटरी को अच्छी स्थिति में बनाए रखने के लिए, बैटरी के बराबर होना आवश्यक है। उम्र बढ़ने के कारण, सभी कोशिकाएं समान रूप से चार्ज नहीं होती हैं और कुछ कोशिकाएं बहुत तेजी से चार्ज स्वीकार करती हैं जबकि अन्य धीरे-धीरे चार्ज होती हैं। कमजोर कोशिकाओं को भी पूरी तरह से चार्ज करने की अनुमति देने के लिए बैटरी को चार्ज करने पर मामूली रूप से समकारीकरण किया जा सकता है। पूरी तरह से चार्ज की गई बैटरी का टर्मिनल वोल्टेज 12V है, ऑटोमोबाइल बैटरी अपने टर्मिनलों में 13.8V दिखाती है जबकि 12 वोल्ट की ट्यूबलर बैटरी 14.8V दिखाएगी। शेक से बचने के लिए वाहन में ऑटोमोबाइल बैटरी को मजबूती से तय किया जाना चाहिए। यदि संभव हो तो इन्वर्टर बैटरी को लकड़ी के तख़्त पर रखा जाना चाहिए।

बैटरियों के 2 प्रकार

1) प्राथमिक बैटरी:

जैसा कि नाम से संकेत मिलता है कि ये बैटरी एकल उपयोग के लिए हैं। एक बार जब इन बैटरियों का उपयोग किया जाता है तो उन्हें रिचार्ज नहीं किया जा सकता क्योंकि उपकरण आसानी से प्रतिवर्ती नहीं होते हैं और सक्रिय सामग्रियां अपने मूल रूपों में वापस नहीं आ सकती हैं। बैटरी निर्माता प्राथमिक कोशिकाओं के पुनर्भरण के खिलाफ सलाह देते हैं।

डिस्पोजेबल बैटरी के लिए कुछ उदाहरण सामान्य एए, एएए बैटरी हैं जो हम दीवार घड़ियों, टेलीविजन रिमोट आदि में उपयोग करते हैं। इन बैटरियों का अन्य नाम डिस्पोजेबल बैटरी है।

प्रकार बैटरी

2) माध्यमिक बैटरियों:

द्वितीयक बैटरी को रिचार्जेबल बैटरी भी कहा जाता है। इन बैटरियों का उपयोग और रिचार्ज एक साथ किया जा सकता है। वे आमतौर पर छुट्टी दे दी गई स्थिति में सक्रिय के साथ सक्रिय सामग्रियों के साथ इकट्ठे होते हैं। रिचार्जेबल बैटरी को विद्युत प्रवाह को लागू करके रिचार्ज किया जाता है, जो कि निर्वहन के दौरान होने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं को उलट देता है। चार्जर वे उपकरण होते हैं जो आवश्यक करंट की आपूर्ति करते हैं।

इन रिचार्जेबल बैटरियों के लिए कुछ उदाहरण मोबाइल फोन, एमपी 3 प्लेयर आदि में उपयोग की जाने वाली बैटरी हैं। श्रवण यंत्र और कलाई घड़ी जैसे उपकरण लघु कोशिकाओं का उपयोग करते हैं और टेलीफोन एक्सचेंज या कंप्यूटर डाटा सेंटर्स जैसी जगहों पर, बड़ी बैटरी का उपयोग किया जाता है।

माध्यमिक बैटरियों

माध्यमिक (रिचार्जेबल) बैटरियों के प्रकार:

एसएमएफ, लीड एसिड, ली और निकड

SMF बैटरी:

SMF एक है सील रखरखाव मुक्त बैटरी, यूपीएस अनुप्रयोगों के लिए विश्वसनीय, सुसंगत और कम रखरखाव शक्ति प्रदान करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। ये बैटरी गहरे चक्र अनुप्रयोगों और ग्रामीण और बिजली घाटे वाले क्षेत्रों में न्यूनतम रखरखाव के अधीन हो सकती हैं। ये बैटरी 12 वी से उपलब्ध हैं।

आज की सूचनात्मक दुनिया में, कोई भी बैटरी सिस्टम के लिए आवश्यक योग्य डेटा और जानकारी को पुनर्प्राप्त करने और वांछित अवधि के लिए बुनियादी उपकरण चलाने के लिए डिज़ाइन नहीं किया जा सकता है। तात्कालिक शक्ति देने के लिए बैटरी की आवश्यकता होती है। अविश्वसनीय और अवर बैटरियों के परिणामस्वरूप डेटा और उपकरण शटडाउन का नुकसान हो सकता है, जिससे कंपनियों को काफी वित्तीय नुकसान हो सकता है। इसके बाद, यूपीएस सेगमेंट एक विश्वसनीय और सिद्ध बैटरी सिस्टम के उपयोग के लिए कहता है।

SMF बैटरी

लिथियम (ली) बैटरी:

हम सभी इसका उपयोग पोर्टेबल डिवाइस जैसे सेल फोन, लैपटॉप कंप्यूटर या पावर टूल में करते हैं। लिथियम बैटरी पिछले दशक में पोर्टेबल शक्ति में सबसे बड़ी उपलब्धियों में से एक रही है लिथियम बैटरी के उपयोग के साथ हम काले और सफेद मोबाइल से रंगीन मोबाइलों में जीपीएस, ईमेल अलर्ट आदि जैसी अतिरिक्त विशेषताओं के साथ स्थानांतरित करने में सक्षम हैं। ये उच्च हैं उच्च क्षमता के लिए ऊर्जा घनत्व संभावित उपकरण। और अपेक्षाकृत कम स्व-निर्वहन बैटरी। इसके अलावा विशेष सेल बिजली उपकरणों जैसे अनुप्रयोगों को बहुत उच्च धारा प्रदान कर सकते हैं।

ली बैटरी

निकल कैडमियम (निकड) बैटरी:

निकेल कैडमियम बैटरियों का कई बार रिचार्ज होने और डिस्चार्ज के दौरान अपेक्षाकृत स्थिर क्षमता रखने का फायदा होता है और इनमें अधिक विद्युत और भौतिक क्षमता होती है। यह बैटरी कैथोड के लिए निकल ऑक्साइड, एनोड के लिए एक कैडमियम यौगिक और इलेक्ट्रोलाइट के रूप में पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड समाधान का उपयोग करती है।

जब बैटरी चार्ज की जाती है, तो कैथोड की रासायनिक संरचना बदल जाती है और निकल हाइड्रॉक्साइड NIOOH में बदल जाती है। एनोड में, कैडमियम आयनों का गठन कैडमियम हाइड्रॉक्साइड से होता है। जब बैटरी को डिस्चार्ज किया जाता है, तो कैडमियम निकल हाइड्रॉक्साइड और कैडमियम हाइड्रॉक्साइड को वापस बनाने के लिए NiOOH के साथ प्रतिक्रिया करता है।

Cd + 2H2O + 2NiOOH -> 2Ni (OH) 2 + Cd (OH) 2

लेड एसिड बैटरी:

लीड एसिड बैटरी का उपयोग ऑटोमोबाइल, इनवर्टर, बैकअप पावर सिस्टम आदि में व्यापक रूप से किया जाता है। ट्यूबलर और रखरखाव मुक्त बैटरी के विपरीत, लीड एसिड बैटरी को अपने जीवन को लम्बा खींचने के लिए उचित देखभाल और रखरखाव की आवश्यकता होती है। लीड एसिड बैटरी में सल्फ्यूरिक एसिड समाधान में डूबे प्लेटों की एक श्रृंखला होती है। प्लेटों में ग्रिड होते हैं, जिस पर सक्रिय सामग्री जुड़ी होती है। प्लेटों को सकारात्मक और नकारात्मक प्लेटों में विभाजित किया जाता है। सकारात्मक प्लेटें सक्रिय पदार्थ के रूप में शुद्ध लेड को रखती हैं जबकि लेड ऑक्साइड नकारात्मक प्लेटों पर जुड़ी होती है।

लेड एसिड बैटरी

पूरी तरह से चार्ज की गई बैटरी लोड से जुड़े होने पर अपने करंट को डिस्चार्ज कर सकती है। डिस्चार्ज की प्रक्रिया के दौरान, सल्फ्यूरिक एसिड सकारात्मक और नकारात्मक प्लेटों पर सक्रिय सामग्रियों के साथ जोड़ती है जिसके परिणामस्वरूप लीड सल्फेट बनता है। लीड एसिड बैटरी को बनाए रखने में पानी सबसे महत्वपूर्ण कदम है। पानी की आवृत्ति उपयोग, चार्ज विधि और ऑपरेटिंग तापमान पर निर्भर करती है। प्रक्रिया के दौरान, सल्फ्यूरिक एसिड से हाइड्रोजन परमाणु पानी बनाने के लिए ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करते हैं।

इसका परिणाम सकारात्मक प्लेटों से इलेक्ट्रॉनों की रिहाई है जो नकारात्मक प्लेटों द्वारा स्वीकार किया जाएगा। इससे बैटरी में विद्युत क्षमता का निर्माण होता है। लीड एसिड बैटरी में इलेक्ट्रोलाइट सल्फ्यूरिक एसिड और पानी का मिश्रण होता है जिसमें एक विशिष्ट गुरुत्व होता है। विशिष्ट गुरुत्व पानी के बराबर मात्रा की तुलना में एसिड-पानी के मिश्रण का वजन है। शुद्ध आयन मुक्त पानी का विशिष्ट गुरुत्व 1 है।

लीड-एसिड बैटरी प्रति किलोवाट-घंटे की शक्ति और ऊर्जा के लिए सर्वोत्तम मूल्य प्रदान करती है, जिसमें सबसे लंबा जीवन चक्र होता है और एक बड़ा पर्यावरणीय लाभ होता है कि वे असाधारण उच्च दर पर पुनर्नवीनीकरण होते हैं। कोई अन्य रसायन विज्ञान सीसा-एसिड बैटरी एकत्र करने, परिवहन और रीसाइक्लिंग के लिए मौजूद बुनियादी ढांचे को नहीं छू सकता है।

इस लेख के साथ, लिथियम आयन बैटरी की चर्चा इसके फायदे और नुकसान के साथ की गई है।

लिथियम का कार्य - आयन बैटरी

लिथियम-आयन बैटरी अब इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों जैसे कि मोबाइल फोन, लैपटॉप, डिजिटल कैमरा, आदि के अधिकांश में लंबे समय तक चलने वाली बिजली दक्षता के कारण लोकप्रिय हैं। ये सबसे लोकप्रिय रिचार्जेबल बैटरी हैं जिनमें सबसे अच्छा ऊर्जा घनत्व, नगण्य चार्ज नुकसान और कोई स्मृति प्रभाव जैसे फायदे हैं। Li-Ion बैटरी आवेश वाहकों के रूप में लिथियम आयनों का उपयोग करती है जो कि निर्वहन के दौरान ऋणात्मक इलेक्ट्रोड से धनात्मक इलेक्ट्रोड की ओर जाते हैं और चार्जिंग पर वापस आते हैं। चार्जिंग के दौरान, चार्जर से बाहरी धारा बैटरी में एक से अधिक वोल्टेज लागू करती है। यह करंट को पॉजिटिव से नेगेटिव इलेक्ट्रोड तक रिवर्स दिशा में पास करने के लिए मजबूर करता है, जहां लिथियम आयन इंटरकलेशन नामक प्रक्रिया के माध्यम से झरझरा इलेक्ट्रोड सामग्री में एम्बेडेड हो जाते हैं। Li- आयन गैर-जलीय इलेक्ट्रोलाइट और एक विभाजक डायाफ्राम से गुजरते हैं। इलेक्ट्रोड सामग्री इंटरलाकेटेड लिथियम यौगिक है।

ली-आयन बैटरी का नकारात्मक इलेक्ट्रोड कार्बन से बना है और सकारात्मक इलेक्ट्रोड एक धातु ऑक्साइड है। नकारात्मक इलेक्ट्रोड में सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली सामग्री ग्रेफाइट है, जबकि सकारात्मक इलेक्ट्रोड में लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड, लिथियम आयन फॉस्फेट या लिथियम मैंगनीज ऑक्साइड हो सकता है। एक कार्बनिक विलायक में लिथियम नमक का उपयोग इलेक्ट्रोलाइट के रूप में किया जाता है। इलेक्ट्रोलाइट आम तौर पर एथिलीन कार्बोनेट या डायथाइल कार्बोनेट जैसे कार्बनिक आयनों का मिश्रण होता है जिसमें लिथियम आयन होते हैं। इलेक्ट्रोलाइट लिथियम आयनों फ्लोरो फॉस्फेट, लिथियम हेक्सा फ्लोरो आर्सेनेट मोनोहाइड्रेट, लिथियम प्रति क्लोरेट, लिथियम हेक्सा फ्लोरो बोरेट आदि जैसे आयन लवण का उपयोग करता है। उपयोग किए गए नमक के आधार पर, बैटरी की वोल्टेज, क्षमता और जीवन भिन्न होता है। शुद्ध लिथियम लिथियम हाइड्रॉक्साइड और हाइड्रोजन आयन बनाने के लिए पानी के साथ प्रतिक्रिया करता है। तो इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग गैर जलीय कार्बनिक विलायक है। एनोड और कैथोड के बीच इलेक्ट्रोड चार्ज की विद्युत रासायनिक भूमिका वर्तमान प्रवाह की दिशा पर निर्भर करती है।

ली आयन बैटरी प्रतिक्रिया

ली-आयन बैटरी में, दोनों इलेक्ट्रोड लिथियम आयनों को स्वीकार और जारी कर सकते हैं। इंटरकलेशन प्रक्रिया के दौरान, लिथियम आयन इलेक्ट्रोड में चले जाते हैं। डी इंटरक्लेरेशन नामक रिवर्स प्रक्रिया के दौरान, लिथियम आयन वापस चले जाते हैं। निर्वहन के दौरान, सकारात्मक लिथियम आयनों को नकारात्मक इलेक्ट्रोड से निकाला जाएगा और सकारात्मक इलेक्ट्रोड में डाला जाएगा। चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान, लिथियम आयनों का रिवर्स मूवमेंट होता है।

लिथियम के लाभ - आयन बैटरी:

लिथियम आयन बैटरियां NiCd बैटरियों और अन्य द्वितीयक बैटरियों को बेहतर बनाती हैं। इसके कुछ फायदे हैं

• समान आकार की अन्य बैटरियों की तुलना में हल्का वजन
• फ्लैट आकार सहित विभिन्न आकार में उपलब्ध है
• हाई ओपन सर्किट वोल्टेज जो कम करंट पर पावर ट्रांसफर को बढ़ाता है
• स्मृति प्रभाव की कमी।
• 5-10% प्रति माह बहुत कम आत्म निर्वहन दर। NiCd और NiMh बैटरी में सेल्फ डिस्चार्ज लगभग 30% है।
• किसी भी मुक्त लिथियम धातु के बिना पर्यावरण के अनुकूल बैटरी

लेकिन फायदे के साथ, अन्य बैटरी की तरह, ली-आयन बैटरी भी कुछ नुकसान से ग्रस्त है।

ली-आयन बैटरी के नुकसान:

• समय के साथ इलेक्ट्रोलाइट के अंदर जमा आवेश के प्रवाह को रोक देगा। इससे बैटरी का आंतरिक प्रतिरोध बढ़ जाता है और सेल की करंट धीरे-धीरे कम हो जाती है।
• उच्च चार्जिंग और उच्च तापमान से क्षमता हानि हो सकती है
• जब गरम किया जाता है, तो ली-आयन बैटरी थर्मल रन दूर और सेल टूटना पीड़ित हो सकती है।
• डीप डिस्चार्ज ली-आयन बैटरी को शॉर्ट सर्किट कर सकता है। तो इसे रोकने के लिए, कुछ में आंतरिक शट डाउन सर्किट्री होती है जो बैटरी को बंद कर देती है जब उसका वोल्टेज 3 से 4.2 वोल्ट के सुरक्षित स्तर से ऊपर होता है। इस मामले में, जब बैटरी लंबे समय तक उपयोग नहीं कर रही है, आंतरिक सर्किटरी बिजली की खपत करेगी और बैटरी को उसके शट डाउन वोल्टेज से नीचे सूखा देगी। तो ऐसी बैटरी को चार्ज करने के लिए सामान्य चार्जर उपयोगी नहीं होते हैं।