कैसे एक बैटरी काम करता है के लिए शुरुआती गाइड

ए बैटरी, जो वास्तव में एक इलेक्ट्रिक सेल है, एक उपकरण है जो रासायनिक प्रतिक्रिया से बिजली का उत्पादन करता है। कड़ाई से बोलते हुए, एक बैटरी में श्रृंखला या समानांतर में दो या अधिक कोशिकाएं होती हैं, लेकिन इस शब्द का उपयोग आमतौर पर एकल कोशिका के लिए किया जाता है। एक सेल में एक नकारात्मक इलेक्ट्रोड होता है; एक इलेक्ट्रोलाइट, जो आयनों का संचालन करता है; एक विभाजक, एक आयन कंडक्टर भी; और एक सकारात्मक इलेक्ट्रोड। इलेक्ट्रोलाइट तरल, पेस्ट या ठोस रूप में जलीय (पानी से बना) या गैर जलीय (पानी से बना नहीं) हो सकता है। जब सेल बाहरी भार से जुड़ा होता है, या डिवाइस को संचालित किया जाता है, तो नकारात्मक इलेक्ट्रोड इलेक्ट्रॉनों की एक वर्तमान आपूर्ति करता है जो लोड के माध्यम से प्रवाह करते हैं और सकारात्मक इलेक्ट्रोड द्वारा स्वीकार किए जाते हैं। जब बाहरी भार को हटा दिया जाता है तो प्रतिक्रिया बंद हो जाती है।

एक प्राथमिक बैटरी वह है जो केवल एक बार अपने रसायनों को बिजली में बदल सकती है और फिर उसे छोड़ देना चाहिए। एक माध्यमिक बैटरी में इलेक्ट्रोड होते हैं जिन्हें इसके माध्यम से बिजली वापस पारित करके पुनर्गठित किया जा सकता है; इसे स्टोरेज या रिचार्जेबल बैटरी भी कहा जाता है, इसका कई बार उपयोग किया जा सकता है।

यह बैटरी अपने सकारात्मक इलेक्ट्रोड (कैथोड) में निकेल ऑक्साइड, अपने नकारात्मक इलेक्ट्रोड (एनोड) में एक कैडमियम यौगिक और इलेक्ट्रोलाइट के रूप में पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड समाधान का उपयोग करती है। निकेल कैडमियम बैटरी रिचार्जेबल है, इसलिए यह बार-बार साइकिल चला सकती है। एक निकल कैडमियम बैटरी रासायनिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करती है और रिचार्ज होने पर विद्युत ऊर्जा को रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित करती है। पूरी तरह से डिस्चार्ज की गई NiCd बैटरी में, कैथोड में निकेल हाइड्रॉक्साइड [Ni (OH) 2] और कैडमियम हाइड्रॉक्साइड [Cd (OH) 2] होते हैं। जब बैटरी को चार्ज किया जाता है, तो कैथोड की रासायनिक संरचना बदल जाती है और निकल हाइड्रॉक्साइड निकल ऑक्सीलहाइड्रोक्साइड [NiOOH] में बदल जाता है। एनोड में, कैडमियम हाइड्रॉक्साइड कैडमियम में बदल जाता है। जैसा कि बैटरी को डिस्चार्ज किया जाता है, प्रक्रिया उलट जाती है, जैसा कि निम्नलिखित सूत्र में दिखाया गया है।

निकेल-हाइड्रोजन बैटरी को निकेल-कैडमियम बैटरी और ईंधन सेल के बीच हाइब्रिड माना जा सकता है। कैडमियम इलेक्ट्रोड को हाइड्रोजन गैस इलेक्ट्रोड से बदल दिया गया था। यह बैटरी निकेल-कैडमियम बैटरी से बहुत अलग है क्योंकि सेल एक दबाव पोत है, जिसमें हाइड्रोजन गैस के प्रति वर्ग इंच (साई) में एक हजार पाउंड से अधिक होना चाहिए। यह निकल-कैडमियम की तुलना में काफी हल्का है, लेकिन अंडे के एक टोकरे की तरह, पैकेज के लिए अधिक कठिन है।

निकेल-हाइड्रोजन बैटरी कभी-कभी निकेल-मेटल हाइड्राइड बैटरी के साथ भ्रमित होती हैं, आमतौर पर सेल फोन और लैपटॉप में पाई जाने वाली बैटरी। निकल-हाइड्रोजन, साथ ही निकल-कैडमियम बैटरी उसी इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करते हैं, पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड का एक समाधान, जिसे आमतौर पर लाइ कहा जाता है।

निकल / धातु हाइड्राइड (नी-एमएच) बैटरी विकसित करने के लिए प्रोत्साहन निकल और कैडमियम रिचार्जेबल बैटरी के लिए प्रतिस्थापन खोजने के लिए स्वास्थ्य और पर्यावरण संबंधी चिंताओं को दबाने से आता है। कार्यकर्ता की सुरक्षा आवश्यकताओं के कारण, यू.एस. में बैटरी के लिए कैडमियम का प्रसंस्करण पहले से ही चरणबद्ध है। इसके अलावा, 1990 के दशक और 21 वीं सदी के लिए पर्यावरणीय कानून से उपभोक्ता के उपयोग के लिए बैटरियों में कैडमियम के उपयोग पर अंकुश लगाना अनिवार्य हो जाएगा। इन दबावों के बावजूद, लीड-एसिड बैटरी के बगल में, निकल / कैडमियम बैटरी में अभी भी रिचार्जेबल बैटरी बाजार का सबसे बड़ा हिस्सा है। हाइड्रोजन-आधारित बैटरियों पर शोध करने के लिए और प्रोत्साहन आम धारणा से आता है कि हाइड्रोजन और बिजली विस्थापित हो जाएगी और अंत में ए की जगह लेगी जीवाश्म-ईंधन संसाधनों के ऊर्जा-वहन योगदान का महत्वपूर्ण अंश, अक्षय पर आधारित एक स्थायी ऊर्जा प्रणाली की नींव बनना सूत्रों का कहना है। अंत में, इलेक्ट्रिक वाहनों और हाइब्रिड वाहनों के लिए नी-एमएच बैटरी के विकास में काफी रुचि है।

KOH इलेक्ट्रोलाइट केवल OH- आयनों का परिवहन कर सकते हैं और चार्ज ट्रांसपोर्ट को संतुलित करने के लिए इलेक्ट्रॉनों को बाहरी भार के माध्यम से परिचालित करना चाहिए। निकल ऑक्सी-हाइड्रॉक्साइड इलेक्ट्रोड (समीकरण 1) पर बड़े पैमाने पर शोध और विशेषता की गई है, और इसके आवेदन को स्थलीय और एयरोस्पेस अनुप्रयोगों दोनों के लिए व्यापक रूप से प्रदर्शित किया गया है। नी / मेटल हाइड्राइड बैटरियों में वर्तमान शोध में से अधिकांश में धातु हाइड्राइड एनोड के प्रदर्शन में सुधार शामिल है। विशेष रूप से, इसके लिए निम्नलिखित विशेषताओं के साथ एक हाइड्राइड इलेक्ट्रोड के विकास की आवश्यकता होती है: (1) लंबी चक्र जीवन, (2) उच्च क्षमता, (3) एक स्थिर वोल्टेज पर चार्ज और डिस्चार्ज की उच्च दर, और (4) अवधारण क्षमता।

ये सिस्टम पहले बताई गई सभी बैटरियों से अलग हैं, जिनमें इलेक्ट्रोलाइट में किसी भी पानी का उपयोग नहीं किया जाता है। वे इसके बजाय एक गैर-जलीय इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करते हैं, जो आयनिक चालकता प्रदान करने के लिए जैविक तरल पदार्थ और लिथियम के लवण से बना होता है। इस प्रणाली में जलीय इलेक्ट्रोलाइट सिस्टम की तुलना में बहुत अधिक सेल वोल्टेज है। पानी के बिना, हाइड्रोजन और ऑक्सीजन गैसों का विकास समाप्त हो जाता है और कोशिकाएं अधिक व्यापक संभावनाओं के साथ काम कर सकती हैं। उन्हें एक अधिक जटिल विधानसभा की भी आवश्यकता है, क्योंकि यह लगभग पूरी तरह से शुष्क वातावरण में किया जाना चाहिए।

एनोड के रूप में लिथियम बैटरी के साथ कई गैर-रिचार्जेबल बैटरी पहले विकसित की गई थीं। आज की घड़ी की बैटरियों के लिए इस्तेमाल किए जाने वाले व्यावसायिक सिक्के सेल में ज्यादातर लिथियम रसायन होते हैं। ये सिस्टम विभिन्न प्रकार के कैथोड सिस्टम का उपयोग करते हैं जो उपभोक्ता उपयोग के लिए पर्याप्त सुरक्षित हैं। कैथोड विभिन्न सामग्रियों से बने होते हैं, जैसे कार्बन मोनोफ्लोराइड, कॉपर ऑक्साइड या वैनेडियम पेंटोक्साइड। सभी ठोस कैथोड सिस्टम निर्वहन दर में सीमित हैं जो वे समर्थन करेंगे।

एक उच्च निर्वहन दर प्राप्त करने के लिए, तरल कैथोड सिस्टम विकसित किए गए थे। इलेक्ट्रोलाइट इन डिजाइनों में प्रतिक्रियाशील है और झरझरा कैथोड पर प्रतिक्रिया करता है, जो उत्प्रेरक साइट और विद्युत प्रवाह का संग्रह प्रदान करता है। इन प्रणालियों के कई उदाहरणों में लिथियम-थियोनाइल क्लोराइड और लिथियम-सल्फर डाइऑक्साइड शामिल हैं। इन बैटरियों का उपयोग अंतरिक्ष में और सैन्य अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है, साथ ही साथ जमीन पर आपातकालीन बीकन के लिए भी। वे आम तौर पर जनता के लिए उपलब्ध नहीं हैं क्योंकि वे ठोस कैथोड सिस्टम की तुलना में कम सुरक्षित हैं।

माना जाता है कि लिथियम आयन बैटरी तकनीक का अगला चरण लिथियम पॉलिमर बैटरी है। यह बैटरी तरल इलेक्ट्रोलाइट को या तो एक ग्लूल्ड इलेक्ट्रोलाइट या एक सच्चे ठोस इलेक्ट्रोलाइट से बदल देती है। इन बैटरियों को लिथियम आयन बैटरी से भी हल्का माना जाता है, लेकिन वर्तमान में इस तकनीक को अंतरिक्ष में उड़ाने की कोई योजना नहीं है। यह आमतौर पर वाणिज्यिक बाजार में भी उपलब्ध नहीं है, हालांकि यह सिर्फ कोने के आसपास हो सकता है।

रेट्रोस्पेक्ट में, हम लीक से हटकर एक लंबा सफर तय कर चुके हैं टॉर्च साठ के दशक की बैटरी, जब अंतरिक्ष उड़ान का जन्म हुआ। अंतरिक्ष उड़ान की कई मांगों को पूरा करने के लिए समाधान की एक विस्तृत श्रृंखला उपलब्ध है, एक सौर फ्लाई के उच्च तापमान से शून्य से 80 नीचे। बड़े पैमाने पर विकिरण, सेवा के दशकों और दसियों किलोवाट तक पहुंचने वाले भार को संभालना संभव है। इस तकनीक का निरंतर विकास और बेहतर बैटरी की दिशा में निरंतर प्रयास किया जाएगा।