مقدمه
باتری‌ها ابزاری کوچک اما قدرتمند هستند که انرژی شیمیایی را به انرژی الکتریکی تبدیل میکنند. این فرایند تبدیل انرژی، امروزه در انواع دستگاه‌ها کاربرد دارد. در این مقاله ما بررسی می‌کنیم که باتری‌ها چطور کار میکنند و اصول علمی پشت این تکنولوژی خواهیم پرداخت.
اجزای باتری
تمامی باتری‌ها از سه جزء اصلی تشکیل شده اند:
آند (قطب منفی): الکترون‌ها که دارای بار الکتریکی منفی هستند، در این قطب طی فرآیند اکسیداسیون آزاد میشوند. در واقع قطب منفی باتری مبدا حرکت الکترون‌ها است.
کاتد (قطب مثبت): قطب دیگری باتری است که الکترون‌هایی که در آند آزاد شدند در آن مصرف میشوند. به زبان ساده کاتد، مقصد حرکت الکترون‌هایی است که از آند شروع به حرکت کردند.
الکترولیت: ماده ای بین آند و کاتد که به حرکت الکترون‌ها از قطب آند به کاتد کمک می‌کند.
نحوه کارکرد باتری
همانطور که گفته شد، در باتری‌ها یک قطب منفی (آند) وجود دارد. در این قطب طی واکنش‌های شیمیایی(اکسید شدن) الکترون آزاد میشود. از سوی دیگر در قطب مثبت باتری (کاتد) واکنش احیا صورت میگیرد. در این واکنش‌ها، مواد شیمیایی برای رسیدن به آرایش الکترونی کامل، به الکترون نیاز دارند و دارای پتانسیل بالایی برای جذب الکترون‌ها هستند. به همین دلیل الکترون‌ها بعد از آزاد شدن از قطب منفی، به سمت قطب مثبت حرکت میکنند و الکترولیت در این فرایند به آنها کمک می‌کند. برای درک بهتر به مثل زیر توجه کنید:
فرض کنید که یک مخزن بزرگ داریم که یکی از آنها پر از آب است و دیگری خالی است. اگر به این دو مخزن لوله آبی وصل کنیم، آب از مخزن پر به مخزن خالی جریان پیدا می‌کند تا وقتی که سطح آب هر دو مخزن برابر شود. در این مثال، آب همان الکترون هاست و منظور از دو مخزن، دو قطب باتری است، که یکی از آنها پر از آب (الکترون) است که به آن آند میگوییم و مخزن خالی را کاتد می‌نامیم. نقش الکترولیت‌ها در باتری مانند نقش لوله در مثال بالاست. این جریان آب که در واقع حرکت الکترون هاست، انرژی تولید می‌کند که به آن انرژی الکتریکی میگوییم. هنگامی که سطح آب دو مخزن برابر شود (تعداد الکترون‌های دو قطب برابر شود) جریان آب متوقف میشود و به اصطلاح باتری تمام میشود.
انواع باتری
باتری‌ها چطور کار میکنند؟ در انواع باتری‌ها از قبیل آلکالاین، لیتیم-یون، نیکل-کادمیوم و… (اگر تفاوت باتری لیتیم-یون و آلکالاین را نمیدانید اینجا (لینک مقاله) کلیک کنید) فرایندها به طور مشابه اتفاق می‌افتد. تفاوت اصلی این باتری‌ها جنس کاتد، آند و الکترولیت است.
در جدول زیر جنس این اجزاء در باتری‌های مختلف بیان شده. البته در تمامی موارد، استثناهایی هم وجود دارد.
