باتری و پیل های سوختی

صفحه 1:


صفحه 2:
موضوع ارائه : باتری ها و پیل های سوختی «ارائه دهنده : «میلاد جعفری 

صفحه 3:
۶ هدف از اين فصل: در پایان فصل باید فادر باشید: 1 اهمیت باتری ها توصیف کنید با ویزگی مهم بانری ها آشنا شوید. انواع باتری های نوع اول و طرز کار آن ها را بشناسید. انواع باتری های نوع دوم و طرز کار آن ها را بشناسید. 5 _ با اهمیت پیل های سوختی و مزایای استفاده از آن ها آشنا شوید. ساختار کلی یک پیل سوختی را بدانید. انواع پیل های سوختی را با یکدیگر مقایسه کنبد.ب اهمیت و طرز کار انواع پیل های سوحتی قلیایی را بدانید. 9 اهمیت و نحوه کار پیل سوختی غشای تبادل پروتونی (88۳0) رایدانید 8 با اساس کار و اهمیت پیل سوختی اسید فسفریک آشنا شوید. 12 اهمیت و نجوه کار بیل سوختی کرینات مذاب (8۸6۴6) را بدانید 12 طرز کار و اهمیت پیل سوختی اکسید جامد (50۴6)رایدانید. 

صفحه 4:
‎٠“‏ اولين توصیف صحیح از باتری الکتروشیمیایی ذر سال ۱۸۰۰ میلادی توسط ولتا استاد دانشگاه ‏پاویا در ایتالیا انجام شد. باتری ها یکی از مهم ترین منابع تامین کننده انرژی در جهان هستند ‏تری سیستمی است که می تواند انرژی آزاد شده یک واکنش شیمیایی را در خود ذخیره و به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. ‏< در باتری ها واکنش های اکسایش و کاهش در ۲ الکترود کاند و آند به طور جداگانه انجام می شود و الکترود ها با یک جداکننده ی مخصوص که دارای خاصیت نفوذ‌پذیری برای یون هاست. ‎a ‎ ‎ ‎ 

صفحه 5:
باتری ها را به ۲ دسته ی بزرگ تقسیم می کنیم : سلول های نوع 

صفحه 6:
الف ) سلول هاى نوع اول ‎٠“‏ اين نوع باترى ها بر اساس واكنش هاى بركشت نايذير طراحى شده اند و قابليت شاررٌ ندارند به عبارت دیگر باتری های نوع اول پس از مصرف و کامل شدن واكنش شيميايى ديكر توانايى ذخیره انرژی را ندارند. ‎0 ‎ 

صفحه 7:
۶ اساس کار اين باتری ها واکنش برگشت پذیر است تمام واکنش هایی که در طی دشارژ برای تولید انرژی الکتروشیمیایی رخ می دهد باید در مرحله ی شارژ برگشت پذیر باشد واکنش های جانبی در این باتری ها باعث کاهش بازده می شوند. 2 9 8 

صفحه 8:
‎a‏ سح ‏مس وروی ‏در پیل های سوختی هدف استفاده هر چه بهتر از انرژی آزاد حاصل از سو خ ‎ee ‏ن سوخت هایی ‎ ‏مانند هیدروژن . مونوکسید کربن . اتانول یا متان و تبدیل آن ها به انرژی الکتریکی است پیل های سوختی انرژی شیمیایی را مستقیما به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند و به صورت مولد ‏عمل می کنند. ‎Air in ‎= ‎_— ‎۷0۵ ‎ ‎ ‎ ‎Electric Current ‎ ‎! ‎t ‎- ‎ ‎ ‎ ‎ee ‎Fuel In ۰ ‎ ‎Unused ‎Excess ‎Gases ‎Fuel H20} Out ‏ده‎ ‎An ‘Cathode ‎ode | Electrolyte ‎ ‎ 

صفحه 9:
ولتاز سلول ظرفیت باتری شارژ و دشارژ باتری طول عمر چرخه طول عمر راندمان کولمبی چگالی انرژی قسمت های اصلی باتری 

صفحه 10:
الف) (0۵6۷) ولتاژ مدار باز بب ولتاژ دشارژ ج) ولتاز قطع تاثیر عواملی مانند غلظت الکترولیت . ضخامت الکترولیت (برای باتری های خشک).فشار و درجه حرارت قرار می گیرد التاژی است که باتری در حالتی که هیچ مصرف کننده ای به آن نیست نشان می دهد ولتاژ مدار باز باتری ها با توجه به نوع مواد فعال الکتروشیمیایی و تنوع واکنش های شیمیایی که در آن ها اتفاق می افتد متفاوت است ور دشارز ری تاسی از جريان عبورى از سلول است و ولتاز سلول را هنكام تخليه الكتريكى نشان مى دهد ولتازى است كه فرآيند شارز و دشارز باتری را پس از رسیدن به اين نقطه بايد قطع كرد در صورت ادامه به باترى اسيب مى رسد. 

صفحه 11:
< ظرفیت باتری مقدار بار یا تعداد الکترون هایی است که می توان از يك باترى به دست آورد که معمولا بر حسب آمپر ساعت اندازه می گیرند > ۱۱۸۸ ۱۳۳ 7 ۳ | 7 

صفحه 12:
شارژ و دشارژ باتری فر آیند شارژ باید تنها در مورد باتری های نوع دوم اعمال شود چون این سلول ها بر خلاف و ارژ سلول هاى نوع اول بركشت بذ يرند. ۱ شارژ سلول های نوع اول منجر به انجام واكنش هاى جانبى مى شود كه باعث تجزيه محلول الكتروليت مى شود * در برخی موارد واکنش هایی منجر به انفجار باتری می شود . 

صفحه 13:


صفحه 14:
ج١‎ شارژ سریع برای برای بازیابی درصد زیادی از بر التریکی در زمان کوتاه شارژ شناور و نسبتا آرام با این مزيت که می توان از شارژ پیش از حد باتری باتری جلوگیری 7 sl 

صفحه 15:
در هنگام دشارژ باید توجه كرد كه باترى كاملا تخلیه نشود . پدیده تخلیه بیش از حد به حالتی گفته می شود که تخلیه باتری از ولتاژ مجاز نهایی بگذرد. با ادامه دشارژ پس از قطع ولتاژ قطع . امکان تخریب یکی از الکترود ها یا هر الکترود وجود دارد. 

صفحه 16:
شارژ و دشارژ شدن یاتری نیکلآهن ساخت ادیسون مراحل هارژ بآتری خالی شدن باتری هیدروکسیدآهی جر هیدروکسیدنیکل یه آب 3 ]ی 8 او کسی‌هیدر و کسیدنیگل در مجاوریت آنیویه آسیم. وا ‎yess oe, ca‏ أآقتا ده قافن ماو را آب ید هید و اس د تیک یه هیدووعسیدآهن تبدیل می‌شود هن یراع سوه خمدیل :مین کتوی: ‎nia‏ 

صفحه 17:


صفحه 18:
طول عمر زمان نگه داری باتری یا زمانی که طول می کشد تا باتری به هنگام عدم استفاده ظرفیتش كاهش. يابد به عنوان طول عمر باتری درنظر گرفته می شود. 

صفحه 19:
< تعداد چرخه های شارژ و دشارژ طول عمر باتری را تعیین می کنند اين كار توسط دستگاه خودکار که چرخه های شارژ و دشارژ را کنترل می کند انجام می شود. 

صفحه 20:
R ‏هد.‎ ‏د‎ ‏می‎ ‏انشان‎ ‎7 ‏إد باتر:‎ ‏لمبى ميزان‎ ‏کولمب‎ ‏ندمان‎ ‏را‎ اه 

صفحه 21:
چکالی انرژی * انرژی ذخیره شده در باتری به صورت تابعی از وزن يا حجم را چگالی انرژی می گویند. ‎E‏ چکالی انرژی وزنی 

صفحه 22:


صفحه 23:
كت 7 55 ll ‏اوت‎ 9 سطوح داخلی و خارجی نگهدارنده باید در برابر خوردگی مقاوم باشند و در برابر اثرات شیمیایی الكتروليت . مواد فعال و عوامل محيطى مثل كرما مصون باقى بماند . اربوش و پوسته باترى 

صفحه 24:
جداکننده ها یک عایق الکترونی و هادی یونی است که برای پیشگیری از تماس مواد فعال بين صفحه ها و جلوگیری از ایجاد جریان های داخلی در باتری . بین صفحه های مثبت و منفی قرار می گیرد. ۱-الکترود مثبت را به ۲-عبور یک جریان بونی با حداقل .۰ ( مقاومت را فراهم می کنند. 

صفحه 25:
ت۱۲ ۲-جمع کننده چریان ها ‎٠“‏ جمع آوری جریان معمولا توسط صفحه های مسطح و یا مشبک انجام می شود ‎ 

صفحه 26:
> معمولا مواد فعال را به صورت خمیر روی جمع کننده جریان قرار می دهند که موجب تهیه ی الکترود های متخلخل می شوند. 

صفحه 27:
الکترولیت های محلول که از انحلال یک نمک یونی در یک حلال آبی یا غیر آبی تهیه می شوند حلال به تنهایی نقش الکترولیت را فا می کند مواد جامد هادی (پلیمر های هادی) 

صفحه 28:


صفحه 29:
های نوع اتری باتر 1 

صفحه 30:
‎٠“‏ این باتری ها که در آن ها واکنش های الکترو می شوند. بعضی از این باتری ها بر پایه ی الکترو نوع اول نامیده می شود. ‏ایی انجام شده به صورت برگشت اپذیر انجام آبی هستند و باتری های الکترولیت آبی ‎2 ‎ ‎ 

صفحه 31:
a ii me esi all ‏عد‎ Bb ok | سس 3 باترى هاى الكتروليت آبى شامل قديمى ترين باترى ها تجارتي هستند. در سال هاى اخير على رغم پیشرفت هایی که در طراحی و ساخت انواع باتری های جدید انجام شده است باتری های کلاسیک لکانشه و سلول های وابسته بر پایه روی و دی اکسید مگنز با بیش از گذشت یک قرن . هنوز از نظر تولید در درجه اول اند 

صفحه 32:
“ اغلب سلول هاى الكتروليت 1 اول را سلول هاى.. تتی تامند, که البته نباید با سلول های حالت جامد که بر اساس الکترولیت های جامد اند اشتباه شوند. — * در باتری های خشک . فاز الکترولیت آبی با عامل های ژل کننده . تثبیت شده با در مواد با حفرات ریز قرار می گیرد . این طراحی اجازه می دهد که سلول ها در هر جهتی قابل استفاده شوند و اثرات مربوط به نشت الکترولیت که باعث سوراخ شدن جلد باتری می شود حذف شود. ۶ باتری های خشک ارزان و قابل اعتماد بوده و عیب آن ها به چگالی انرژی کم آن 29d (oo by yo (Watt.h.k 150 o>) 

صفحه 33:
تا = کب صو های لکانشه = —_ س2 لتك کر ‎٠“‏ سلول لکانشه به سیستم هایی شامل آند روی و کاتد دی اکسید منگنز همراه الکترولیت آبی آمونیوم کلرید و یا روی کلرید گفته می شود. ‎Zn(s)|ZnC(aq),NCL(aq)|Mn(s),C(s)‏ ولتاژ مدار باز (06۷)این سلول در محدوده 4 1/7- 1/55 ۷ است مکانیسم دشارژ سلول لکانشه پیچیده است و تمام جزئیات آن کاملا مشخص نیست.اساس فر آیند شامل اکسایش روی و تشکیل یون های 2 در آند به همراه کاهش (1۲)1۷ به منگنز سه ظرفیتی مانند ۷00۷ یا (۷0)5 در کاتد است. 222 لسسع Zn 

صفحه 34:
محصول های اولیه واکنش های الکترودی ممکن است در محلول محتمل واکنش های بیشتری شوند: 220 ‎Zn‏ ‏الکترولیت در باتری های لکانشه شامل آب . آمونیوم کلرید و روی کلرید است عامل های مهمی که در مورد الکترولیت باید در نظر گرفت ۰ ترکیب درصد. ۱ و هدایت الکترولیت است. 

صفحه 35:


صفحه 36:
الکترولیت معمولا با آمونیوم کلرید اشباع می شود تا مقدار اضافی آن به هنگام دشارژ سلول مصرف شود . مقدار کلرید روی اضافه شده با تشکیل فاز های جامد 3161و 2.2۳ 6۱!] کسه مقایتع خلی‌سلول ا لفزلیش‌می‌دهد محدود می‌شود. ۳۱۷ محلول اس لکترولیتسا نسمکهای روک ارید و آمونیوم کسارید کسنترلمی‌شود و بالفزلیش لته ون‌هایرووو آمونیوم لفولیش‌میبابد. مخلوط کاتدی اساسا شامل دی اکسید منگنز و پودر کربن است . 1/180 یک ترکیب چند ریختی است.علت > باتری ها بر اساس ۲09۵ آن است که (۷19)1۷] دارای پتانسیل اکسایش و کاهش زیاد و قیمت کم بوده و خطر زیست محیطی ندارد. پودر کربن یه منور ایجاد هدایت الکتریکی کافی و افزایش سطح تماس الکترولیت و الکترود استفاده می شود. 

صفحه 37:
که دارای هدایت الکتریکی زیادی است و موجب افزایش سرعت شارژ و دشارز يا به عبارت ديكر افزايش توان الکتروشیمیایی سلول می شود. ‎Zn‏ در برخی از انواع باتری های قلیایی و۴90 به عنوان مواد فعال کاتدی به کار می روند . این باتری ها نسبت به باتری های لکانشه گران ترند و چگالی انرژی بیشتری ایجاد می کنند .خطر جدی این نوع باتری ها وجود فلزات سمی مانند ۲۱9 و ‎NAG‏ 

صفحه 38:
—= ۹ >. _— هس 2 ميد 7 — == كد سلول های لیتیمی نوع ‎ds!‏ اس توسعه سربع محصول های الکترونی گران قیمت از قبیل ساعت های الکترونی . ماشین حساب و .... باعث تقاضای فزاینده ای برای فناوری باتری ها در جهت تولید باتری های با ظرفیت ۰ انرژی و قدرت بیشتر شده است .در میان آند های ممکن . شاید لیتیم جذاب ترین آند باشد . چون لیتیم پتانسیل ترمودینامیکی مناسب و ظرفیت ویژه زیادی(۳/۸۶) دارد.به علت خاصیت الکترون دهندگی . لیتیم سریعا آب را کاهش می دهد و سلول معاوی حاوی آند لیتیم در الکترولیت های غیر آبی کار مى كنند. /7 5 0 

صفحه 39:
در باتری های لیتیم نمک های معدنی لیتیم در حلال های آبی بدون پروتون حل می شوند تا الکترولیت های مناسب تهیه شوند. 

صفحه 40:
چون در زمان شارژ باتری ها ولتاژ زیادی به کار می رود حلال های مورد استفاده باید در محدوده وسیعی از ولتاژ بی اثر و پایدار باشند. انتخاب حل شونده معمولا با حلالیت آن ها محدود می شود . زیرا حلالیت نمک ها باید آن قدر باشد كه ياعث هدايت الكتريكى زياد و مقاومت داخلى كم در باترى شود نمك هاى معمول مورد دبس آفدهر سول ماقم ليم در فلت قلعت ول آز سرب نرم تر است. کاتد : سلول های لیتیم نوع اول را بر اساس واکنش گر های کاتدی می توان به سه دسته تقسیم 

صفحه 41:
سیستم های کاتدی جامد ۲- نمک های اگزو (معمولا نمک های اگزو نقره و مس مانند ,611۴0۵ ‎(Ag2mo‏ ‏کاتد های شناخته شده در این گروه 

صفحه 42:
‎a <‏ ف 6 هه ووم و ‎٠“‏ تمام سلول ها ليتيم تجارتى موجود . شامل واكنشكر كاتد محلول بر يايه ى دى اكسيد كوكرد() است . (6)5| استونیتریل ‎Li(s)|s-List,‏ ‏واکنش کلی: ‎۱ 25+211)5( ‏ولتاژ باز چنین سلول هایی حدود 3۷ است . نوعی از اين سلول ها شامل 156 در حلال استر نیتریل ([-6۲)است که هدایت ۵ در دمای اتاق و ۲ در ۵۰- دارد .این کاهش ناچیز در هدایت باعث کارایی مناسب این سلول ها در دماهای کم می شود. ‎ 

صفحه 43:
ae ee ب 2 ف ‎١‏ تعدادى از مولكول هاى معدنى مانند تيونيل كلريد (5). سولفونيل كلريد )و فسفريل كلريد()مى توانند هم نقش حلال و هم نقتي واکنشگر کاندی را در سلول هاى ليتيم داشته باشد. ‏< سلول های با كاتد هاى مايع مانند سيستم هاى كاتدى محلول بوده با تفاوت این که دیگر حلال آلى وجود ندارد.سلول به صورت زير نمايش داده مى شود ‎Li(s)|LiAL,SOC |c(s) ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‏واکنش کلی : ‏ولتاژ سلول مدار باز برای این باتری ها حدود ۳/۶است . ‎