Bateri
Bateri (Jawi: باتري) ialah sumber kuasa elektrik yang terdiri dari satu atau lebih sel elektrokimia dengan sambungan luar[1] untuk menjanakan peranti elektrik seperti lampu suluh, telefon pintar dan kereta elektrik.[2]
Apabila bateri membekalkan tenaga elektrik, suatu terminalnya berkutub positif lalu bertindak sebagai katod manakala terminal negatifnya berkutub lawanan atau negatif sebagai anod.[3][4] "Anod" ini merupakan sumber elektron yang akan mengalir melalui suatu medium (elektrolit) an menghantarkan tenaga kepada alat luar yang disambungkan kepadanya.[4] Apabila bateri disambungkan kepada sesebuah litar luar, elektrolit dapat bergerak seperti ion di dalamnya lalu membolehkan tindak balas kimia disempurnakan pada terminal yang berasingan seterusnya menghantarkan tenaga kepada litar luar. Pergerakan ion di dalam bateri inilah yang membolehkan arus bergerak keluar daripada bateri lalu memberikan fungsinya, Istilah "bateri" pada asalnya lebih khusus merujuk kepada peranti terdiri dari beberapa sel, namun penggunaan istilah ini telah berkembang untuk merujuk juga kepada peranti terdiri dari sel tunggal.[5][6]
Bateri datang dalam pelbagai bentuk dan saiz, dari sel-sel kecil yang digunakan untuk alat bantu dengar dan jam tangan serta sel nipis yang digunakan dalam telefon pintar hinggalah ke bateri asid plumbum yang digunakan dalam kereta dan lori, dan juga pada tahap melampaunya tabung-tabung bateri yang sebesar bilik yang berfungsi sebagai bekalan kuasa siap sedia mahupun kecemasan untuk pertukaran telefon dan komputer pusat data komputer.
Sel-sel bateri menjana tenaga khusus (tenaga per unit besar-besaran) lebih rendah daripada bahan api biasa seperti petrol. Pelengkapan ia dalam kenderaan automotif kereta agak diimbangi oleh motor elektrik yang berkecekapan lebih tinggi dalam menghasilkan daya mekanikal berbanding enjin pembakaran.
Pengistilahan
Perkataan battery dalam bahasa Inggeris yang dipinjamkan kepada bahasa Melayu sebagai "bateri" pada asalnya bermaksud suatu deretan senjata api digabungkan dalam bidang ketenteraan; pelanjutan ungkapan ini ke dalam konteks simpanan tenaga dimulakan Benjamin Franklin tahun 1749 dalam kiasannya menerangkan suatu ujikaji kuasa elektrik dilakukan beliau menggunakan serangkai pemuat balang Leyden.[7][8] Kitab Vortaro tahun 1923 menerangkan teknologi batterij asasnya sebagai suatu "...adonan atawa tjampoeran jang bisa bergeter...".[9]
Kategori dan jenis bateri
Bateri dikelaskan kepada jenis primer dan sekunder:
- Bateri primer direka untuk kegunaan sehingga habis tenaga kemudian dibuang. Tindak balas kimia yang ada biasanya tidak berbalik oleh itu tidak dapat dicas semula. Apabila bateri kehabisan zat tindak balas, ia berhenti menghasilkan arus dan tidak berguna lagi.[10]
- Bateri sekunder boleh dicas semula melalui penterbalikan tindak balas kimia sel oleh arus elektrik. Pengaliran arus ini menghasilkan semula zat tindak balas kimia yang boleh digunakan, dicas semula, dan digunakan lagi selama beberapa kali.[11]
Jenis sel
Pelbagai jenis sel elektrokimia telah dihasilkan dengan pebagai tindak balas kimia yang terlibat serta reka bentuk termasuk sel galvanik, sel elektrolitik, sel bahan api, sel alir dan cerucuk Volta.[12]
Sel basah
Bateri sel basah mengandungi elektrolit dalam bentuk cecair.
Sel kering
Sel kering menggunakan pes elektrolit dengan kelembapan yang cukup untuk membenarkan arus mengalir. Jenis sel ini boleh berfungsi apabila dipasangkan di mana-mana orientasi tanpa tertumpahnya kandungan sel tersebut berbanding dengan sel basah, seperti yang ia mengandungi ada cecair bebas, menjadikan sel ini sesuai digunakan dalam peralatan mudah alih.
Saiz
Bateri primer yang tersedia untuk kegunaan orang ramai didapati dari sel butang kecil digunakan untuk elektrik jam tangan hingga ke sel No 6 yang digunakan untuk litar isyarat atau pemakaian jangka panjang yang lain. Sel sekunder dihasilkan dalam saiz yang sangat besar yang boleh menggerakkan sebuah kapal selam atau menstabilkan grid elektrik membantu meratakan tahap keluar beban puncak.
Sifat kimia
Banyak sifat penting sel seperti voltan, kepadatan tenaga, kemudahbakaran, binaan sedia ada sel, suhu operasi dan jangka hayat ditentukan oleh kandungan kimia dalam bateri.
Bateri utama dan ciri-ciri mereka
| Jenis kimia | Anod (−) | Katod (+) | Voltan maksimum, teori (V) | Voltan nominal, praktikal (V) | Tenaga tertentu (MJ/kg) | Penerangan | Jangka hayat pada suhu 25 °C, keupayaan 80% (bulan) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Zink–karbon | Zn | MnO2 | 1.6 | 1.2 | 0.13 | Tidak mahal. | 18 |
| Zink–klorida | 1.5 | Juga dikenali sebagai "heavy-duty", tidak mahal. | |||||
| Alkali (zink–mangan dioksida) | Zn | MnO2 | 1.5 | 1.15 | 0.4–0.59 | Ketumpatan tenaga sederhana. Sesuai untuk kegunaan tenaga tinggi dan rendah | 30 |
| Nikel oksihidroksida (zink–mangan dioksida/nikel oksihidroksida) | 1.7 | Ketumpatan tenaga sederhana. Sesuai untuk kegunaan tenaga tenaga. | |||||
| Litium (litium–kuprum oksida) Li–CuO | Li | CuO | 1.7 | Tidak lagi dihasilkan dan digantikan dengan bateri argentum oksida ("SR" jenis IEC). | |||
| Litium (litium–ferum disulfida) LiFeS2 | Li | FeS2 | 1.8 | 1.5 | 1.07 | Mahal. Digunakan pada bateri tambahan (plus atau extra). | 337[13] |
| Litium (litium–mangan dioksida) LiMnO2 | Li | MnO2 | 3.0 | 0.83–1.01 | Mahal. Hanya digunakan dalam alat memakan tenaga tinggi untuk jangka masa lama kerana kadar penyahcasan rendah. 'Lithium' alone usually refers to this type of chemistry. | ||
| Litium (litium–karbon fluorida) Li–(CF)n | Li | (CF)n | 3.6 | 3.0 | 120 | ||
| Litium (litium–kromium oksida) Li–CrO2 | Li | CrO2 | 3.8 | 3.0 | 108 | ||
| Hidroargirum oksida | Zn | HgO | 1.34 | 1.2 | Kuat menggunakan tenaga serta bervoltan tetap. Diharamkan di kebanyakan negara atas risiko kesihatannya | 36 | |
| Zinc–air | Zn | O2 | 1.6 | 1.1 | 1.59[14] | Sering digunakan dalam alat bantu dengar | |
| Cerucuk Zamboni (Zamboni pile) | Zn | Ag atau Au | 0.8 | Jangka hayat panjang Berarus rendah (nanoamp, nA) | >2,000 | ||
| Argentum oksdia (argentum–zink) | Zn | Ag2O | 1.85 | 1.5 | 0.47 | Very expensive. Hanya digunakan secara komersil dalam sel "butang". | 30 |
| Magnesium | Mg | MnO2 | 2.0 | 1.5 | 40 |
Bateri sekunder (boleh dicas semula) dan ciri-ciri mereka
| Kimia | Voltan sel | Tenaga tertentu (premium bronx/kg) | Ketumpatan tenaga (kJ/liter) | Penerangan |
|---|---|---|---|---|
| NiCd | 1.2 | 140 | Nikel–kadmium kimia. Murah. Tinggi-/rendah-parit, dengan ketumpatan tenaga yang sederhana. Boleh menahan sangat pelepasan tinggi kadar dengan hampir tidak ada kehilangan keupayaan. Kadar nyahcas sendiri sederhana Kandungan kadmiuimnya membahayakan alam sekitar - penggunaannya kini hampir dilarang di Eropah. | |
| Asid-plumbum | 2.1 | 140 | Sederhana mahal. Mempunyai ketumpatan tenaga yang sederhana. Kadar nyahcas sendiri. Kadar pelepasan yang tinggi menyebabkan kerugian kapasiti besar. Kandungan plumbumnya membahayakan alam sekitar. Biasa digunakan dalam bateri kereta | |
| NiMH | 1.2 | 360 | Kimia gabungan nikel–logam . Murah. Melakukan lebih baik daripada alkali bateri-bateri dalam lebih tinggi peranti parit. Tradisional kimia telah dengan ketumpatan tenaga tinggi, tetapi juga yang tinggi kadar nyahcas sendiri. Baru kimia telah rendah diri pelepasan kadar, tetapi juga ~25% lebih rendah ketumpatan tenaga. Digunakan dalam beberapa kenderaan auto. | |
| NiZn | 1.6 | 360 | Kimia nikel-zink. Sederhana murah. Parit tinggi peranti sesuai. Rendah diri kadar pelepasan. Voltan lebih dekat dengan alkali-sel utama daripada yang lain menengah sel-sel. Tiada komponen toksik. Baru diperkenalkan di pasaran (2009), belum lagi ada catatan lanjut. Saiz yang boleh didapati adalah terhad | |
| AgZn | 1.86 1.5 | 460 | Kimia argentum-zink. Jumlah yang lebih kecil daripada yang bersamaan Li-ion. Sangat mahal kerana kandungan peraknya. dipercayai | |
| LiFePO4 | 3.3 3.0 | 360 | 790 | Fosfat ion litium |
| Ion litium | 3.6 | 460 | Gabungan pelabagai jenis litium. Sangat mahal. |