Ανατομία
Ακροδέκτες
Παρά τις διαφορές στο μέγεθος και το σχήμα, η βασική ανατομία μιας μπαταρίας είναι η ίδια. Πρώτα είναι οι ακροδέκτες, με την ένδειξη Θετικό (+) και Αρνητικό (-). Όταν συνδέονται σε ένα φορτίο, τα αποθηκευμένα ηλεκτρόνια (το φορτίο) ρέουν από τον αρνητικό ακροδέκτη στο θετικό. Ένα φορτίο μπορεί να είναι οτιδήποτε, από LED, λαμπτήρα, κινητήρα ή ραδιόφωνο. Αυτή η ροή ηλεκτρονίων είναι που τροφοδοτεί τη συσκευή στην οποία είναι συνδεδεμένη η μπαταρία.
Ηλεκτρόδια
Μέσα στη θήκη της μπαταρίας υπάρχουν δύο συμπληρωματικά εξαρτήματα, η Κάθοδος (+) και η Άνοδος (-), και μαζί ονομάζονται Ηλεκτρόδια. Τα ηλεκτρόδια καταλαμβάνουν το μεγαλύτερο μέρος της μπαταρίας και εκεί πραγματοποιείται η χημική αντίδραση που παράγει το ηλεκτρικό ρεύμα.
Διαχωριστής
Ένα φράγμα χωρίζει την κάθοδο και την άνοδο ώστε να μην έρχονται σε επαφή, ενώ επιτρέπει στο φορτίο να ρέει μεταξύ των δύο.
Ηλεκτρολύτης
Ένας ηλεκτρολύτης είναι ο καταλύτης που επιτρέπει στα ιόντα (θετικά ή αρνητικά φορτισμένα άτομα) να κινούνται μεταξύ της καθόδου και της ανόδου. Στις μπαταρίες που συζητάμε εδώ, οι ηλεκτρολύτες αποτελούνται από διαλυτά άλατα, οξέα ή άλλες βάσεις σε υγρή, ζελατινοποιημένη και αποξηραμένη μορφή.
Συλλέκτης
Ο συλλέκτης διοχετεύει τη φόρτιση στους ακροδέκτες και στο φορτίο (και μέσω αυτού).
Ισχύς
Αυτή είναι ίσως η λιγότερο κατανοητή πτυχή των μπαταριών και θα μπορούσε να υποστηρίξει ένα άρθρο από μόνο του, επομένως θα παραμείνουμε στα βασικά και θα το διατηρήσουμε σε βασικό επίπεδο αντί να εμβαθύνουμε.
Υπάρχουν δύο όροι που χρησιμοποιούνται για να περιγράψουν την ισχύ μιας μπαταρίας: τάση και ρεύμα. Η τάση (μετρούμενη σε Volts ή "V") είναι η μέτρηση της διαφοράς φόρτισης μεταξύ της καθόδου και της ανόδου. Ρεύμα (milliamps για μπαταρίες, ή "mA") είναι ο ρυθμός με τον οποίο ρέει η τάση. Σκεφτείτε το στο πλαίσιο αυτής της αναλογίας: εάν η φόρτιση της μπαταρίας είναι νερό, τότε η τάση είναι πίεση και η ροή του νερού είναι το ρεύμα. Ένας άλλος όρος που εμφανίζεται συχνά με τις μπαταρίες είναι Amp-hour ("Ah" ή "mAh"). Παραμένοντας με την παραπάνω αναλογία, η μπαταρία μπορεί να θεωρηθεί ως μια δεξαμενή που συγκρατεί το νερό (ισχύς), οπότε η amp-h είναι η χωρητικότητα της μπαταρίας. 1 mAh είναι η ποσότητα φόρτισης που μεταφέρεται με μετακίνηση 1 mA σε μία ώρα.
Σε σχέση με τις μπαταρίες και τα κινητά ηλεκτρονικά, ο τρόπος σύνδεσης πολλών μπαταριών επηρεάζει τόσο την τάση όσο και το ρεύμα. Υπάρχουν δύο τρόποι για να συνδέσετε τις μπαταρίες μεταξύ τους: σε σειρά ή παράλληλα. Όταν είναι σε σειρά, (θετικός ακροδέκτης σε αρνητικό ακροδέκτη) η τάση είναι αθροιστική του αριθμού των μπαταριών που έχουν συνδεθεί, οπότε εάν μια τυπική μπαταρία AA είναι 1,5 V, τότε η καλωδίωση δύο μπαταριών σε ένα σειριακό κύκλωμα θα παράγει 3V, με την χωρητικότητα να παραμένει ίδια, στα 2850 mAh περίπου. Η παράλληλη καλωδίωση των ίδιων δύο μπαταριών (θετική σε θετική / αρνητική σε αρνητική) διατηρεί την τάση ίδια στο 1,5 V, αλλά διπλασιάζει τα milliamps και τα mAh.
Γιατί είναι σημαντικό να το γνωρίζουμε; Ορισμένες συσκευές, όπως ορισμένοι από τους ισχυρούς φακούς LED που κυκλοφορούν αυτή τη στιγμή στην αγορά, ή ατμιστές/ηλεκτρονικά τσιγάρα, απαιτούν επαναφορτιζόμενες μπαταρίες υψηλής χωρητικότητας για να λειτουργήσουν σωστά. Το κοινό μέγεθος για αυτά είναι 18650 (περισσότερα για τα μεγέθη αργότερα), αλλά μπορείτε να πάρετε αυτό το μέγεθος σε διαφορετικές χωρητικότητες όπως 2600mAh, 3400mAh ή 3500mAh, για να αναφέρουμε μερικά.
Αυτό σημαίνει από πρακτική άποψη ότι εάν τοποθετήσετε μια μπαταρία χαμηλής χωρητικότητας σε μια συσκευή που απαιτεί υψηλή χωρητικότητα, η συσκευή θα τραβήξει το ρεύμα από την μπαταρία πιο γρήγορα από ό,τι μπορεί να δώσει με ασφάλεια και κινδυνεύει να υπερθερμανθεί ή να υπερφορτιστεί η μπαταρία, η οποία μπορεί να βλάψει την ικανότητά της να δέχεται και να συγκρατεί τη φόρτιση. Αντίθετα, εάν πάρετε μια μπαταρία μεγάλης χωρητικότητας και την τοποθετήσετε σε μια συσκευή με χαμηλή χωρητικότητα, η μπαταρία θα πιέζει το ρεύμα πιο γρήγορα από ό,τι μπορεί να το χειριστεί η συσκευή και κινδυνεύετε να καταστρέψετε τη συσκευή.
Ορισμένες συσκευές δεν έχουν ταξινόμηση, αλλά όπου είναι σημαντικό, ο κατασκευαστής θα σας πει ποιες μπαταρίες χρειάζεται για σωστή και ασφαλή λειτουργία.
Χημεία
Μίας χρήσης
Ενώ οι χημικές ουσίες των μπαταριών ποικίλλουν, η βασική διαδικασία είναι η ίδια: μια σειρά χημικών αντιδράσεων μεταξύ της ανόδου, της καθόδου και του ηλεκτρολύτη. Η άνοδος υφίσταται μια αντίδραση οξείδωσης κατά την οποία τα ιόντα από τον ηλεκτρολύτη συνδυάζονται με την άνοδο, η οποία απελευθερώνει ηλεκτρόνια. Ταυτόχρονα, η κάθοδος υφίσταται μια αντίδραση αναγωγής, η οποία την καθιστά ανεπαρκή ηλεκτρονίων. Τα ηλεκτρόνια από την άνοδο ρέουν μέσω του φορτίου στην κάθοδο, η οποία τα απορροφά. Αυτό είναι ουσιαστικά ηλεκτρισμός - η ροή των ηλεκτρονίων. Η μπαταρία θα συνεχίσει να λειτουργεί έως ότου είτε η άνοδος δεν μπορεί πλέον να παράγει ηλεκτρόνια είτε η κάθοδος δεν μπορεί πλέον να τα απορροφήσει.
Η χημεία ψευδαργύρου-άνθρακα είναι κοινή σε πολλές πανταχού παρούσες μπαταρίες ξηρών κυψελών AAA, AA, C και D. Η άνοδος είναι ψευδάργυρος, η κάθοδος είναι διοξείδιο του μαγγανίου και ο ηλεκτρολύτης είναι χλωριούχο αμμώνιο ή χλωριούχος ψευδάργυρος.
Το αλκαλικό είναι επίσης κοινό σε μπαταρίες ξηρής κυψέλης AA, C και D, αλλά γενικά σε μπαταρίες υψηλότερης ποιότητας. Η κάθοδος αποτελείται από ένα μείγμα μαγγανίου-διοξειδίου, ενώ η άνοδος είναι σκόνη ψευδαργύρου. Πήρε το όνομά του από τον ηλεκτρολύτη υδροξειδίου του καλίου, που είναι μια αλκαλική ουσία.
Οι επαναφορτιζόμενες μπαταρίες λειτουργούν παρόμοια με τις μιας χρήσης μπαταρίες, με τη διαφορά ότι η αντίδραση όπως περιγράφεται παραπάνω είναι μονόδρομη σε μίας χρήσης, αλλά η διαδικασία είναι αναστρέψιμη σε επαναφορτιζόμενη μπαταρία. Όταν συνδεθεί για επαναφόρτιση, η αρνητική προς θετική ροή των ηλεκτρονίων αντιστρέφεται και η μπαταρία είναι ξανά έτοιμη προς χρήση.
Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι το πιο κοινό επαναχρησιμοποιήσιμο είδος και χρησιμοποιούνται συχνά για την τροφοδοσία συσκευών υψηλής απόδοσης, όπως κινητά τηλέφωνα, ψηφιακές κάμερες, ακόμη και ηλεκτρικά αυτοκίνητα, και χρησιμοποιούνται κυρίως όπου η πυκνότητα υψηλής ενέργειας και η διατήρηση βάρους είναι πρωταρχικής σημασίας. Μια ποικιλία ουσιών χρησιμοποιείται στις μπαταρίες λιθίου, αλλά ένας κοινός συνδυασμός είναι μια κάθοδος λιθίου-οξειδίου του κοβαλτίου και μια άνοδος άνθρακα.
Τα προηγούμενα χρόνια, οι μπαταρίες Li-Ion βρέθηκαν στο προσκήνιο επειδή προκάλεσαν υπερθέρμανση και ανάφλεξη/έκρηξη διαφόρων συσκευών, με αποτέλεσμα ορισμένες αεροπορικές εταιρείες να τις περιορίσουν στις πτήσεις, επομένως θα πρέπει να ρίξουμε μια σύντομη ματιά σε αυτό. Οι μπαταρίες Li-Ion είναι πολύ αποδοτικές, ισχυρές και μακράς διαρκείας, ενώ μπορούν επίσης να γίνουν μικρές και λεπτές για να χωρέσουν στις κομψές συσκευές μας, αλλά αυτή η ίδια χημεία είναι επίσης εξαιρετικά καυστική και εύφλεκτη. Εάν υπάρχουν ελαττώματα στο σχεδιασμό ή την κατασκευή, μπορεί να υπάρξουν προβλήματα. Εάν η εφαρμογή στο εσωτερικό της θήκης προκαλέσει πίεση ή η κακή χρήση από τον καταναλωτή καταστρέψει το αντικείμενο με οποιονδήποτε τρόπο, μπορεί να συμβούν άσχημα πράγματα. Η ουσία είναι ότι η τεχνολογία Li-Ion υπάρχει εδώ και περισσότερα από 25 χρόνια και είναι γενικά ασφαλής.
Άλλοι τύποι επαναφορτιζόμενων μπαταριών
Το νικέλιο κάδμιο (NiCd) χρησιμοποιείται όπου η μεγάλη διάρκεια ζωής, ο υψηλός ρυθμός εκφόρτισης και η οικονομική τιμή είναι σημαντικά. Οι κύριες εφαρμογές είναι αμφίδρομα ραδιόφωνα, βιοϊατρικός εξοπλισμός, επαγγελματικές βιντεοκάμερες και ηλεκτρικά εργαλεία.
Το υδρίδιο μετάλλου νικελίου (NiMH) έχει υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα σε σύγκριση με το NiCd, σε βάρος της μειωμένης διάρκειας ζωής του κύκλου. Το NiMH δεν περιέχει τοξικά μέταλλα, σε αντίθεση με το NiCd.
Το πολυμερές ιόντων λιθίου (Li-ion polymer) προσφέρει τα χαρακτηριστικά του Li-ion σε εξαιρετικά λεπτή γεωμετρία και απλοποιημένη συσκευασία.
ΣΗΜΕΙΩΣΗ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ: Ελέγξτε τις προδιαγραφές και το εγχειρίδιο κατόχου πριν αντικαταστήσετε τις μπαταρίες μιας χρήσης με επαναφορτιζόμενες μπαταρίες σε οποιαδήποτε συσκευή. Πολύ συχνά, δεν θα υπάρχει πρόβλημα, αλλά όπως ανέφερα σχετικά με τις χωρητικότητες, πρέπει να βεβαιωθείτε ότι η συσκευή σας είναι συμβατή με τον τύπο μπαταρίας που χρησιμοποιείτε, ώστε να μην καταστρέψετε τη συσκευή ή να μειώσετε τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Και ό,τι κι αν κάνετε, ΜΗΝ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΕΙΤΕ ΤΑΥΤΟΧΡΟΝΑ ΤΙΣ ΜΠΑΤΑΡΙΕΣ ΜΙΑΣ ΧΡΗΣΗΣ ΜΕ ΤΙΣ ΕΠΑΝΑΦΟΡΤΙΖΟΜΕΝΕΣ.
Τεχνολογία επαναφόρτισης
Καθώς τα ηλεκτρονικά και οι πλακέτες κυκλωμάτων γίνονται μικρότερα και φθηνότερα ενώ παράλληλα γίνονται εξυπνότερα, οι κατασκευαστές μπορούν να συσκευάσουν πολλή τεχνολογία στις μπαταρίες τους για να τις προστατεύσουν από την κατάχρηση και να παρατείνουν τη ζωή τους. Πολλές επαναφορτιζόμενες διαθέτουν πλέον ενσωματωμένα ηλεκτρονικά που προστατεύουν από υπερφόρτιση, υπερβολική εκφόρτιση, αντίστροφη πολικότητα (βάζοντας την μπαταρία προς τα πίσω) και υπερθέρμανση. Αυτές οι πλακέτες παρακολουθούν την μπαταρία και κλείνουν το ρεύμα εάν παρουσιαστεί πρόβλημα. Παρομοίως, πολλοί φορτιστές για τις μπαταρίες έχουν συμπληρωματικές τεχνολογίες που κόβουν το κύκλωμα φόρτισης όταν η μπαταρία γεμίσει, για να αποτρέψει την υπερφόρτιση και εάν μένουν στο φορτιστή για μεγάλα χρονικά διαστήματα, θα στείλουν μια φόρτιση συντήρησης (που ονομάζεται trickle charge) για να κρατήσουν την μπαταρία γεμάτη χωρίς να την καταστρέψουν.
Συμπεράσματα
Όπως μπορείτε να δείτε, σε αυτόν τον μικρό κύλινδρο υπάρχουν περισσότερα από όσα είναι ορατά στο μάτι. Οπλισμένοι με λίγη γνώση και τις βασικές διαφορές σε σχέση με το τι σημαίνουν όλα τα μπερδεμένα νούμερα, μπορείτε τώρα να προχωρήσετε και να αγοράσετε με τη βεβαιότητα ότι θα μπορείτε να ταιριάξετε τη σωστή μπαταρία με τη σωστή συσκευή.
