बैटरी के प्रकार, विशेषताएँ और प्रतिक्रियाएँ - रसायन विज्ञान - 2025

बाजार में आप अपनी विशेषताओं के साथ विभिन्न प्रकार की बैटरी प्राप्त कर सकते हैं । बैटरियों, जो वोल्टाइक कोशिकाओं से अधिक कुछ नहीं हैं, उपभोक्ताओं को विद्युत ऊर्जा को कहीं भी ले जाने का लाभ प्रदान करती हैं (जब तक कि स्थिति कठोर नहीं होती)।

बैटरियों को आमतौर पर अछूता खरीदा जा सकता है; लेकिन, उन्हें श्रृंखला या समानांतर में एक दूसरे के साथ भी जोड़ा जाता है, जिनके सेट को वे बैटरी कहते हैं। और यह इस प्रकार है कि कभी-कभी 'बैटरी' और 'बैटरी' शब्द का उपयोग अंधाधुंध तरीके से किया जाता है, भले ही वे समान न हों।

क्षारीय बैटरी: सबसे लोकप्रिय प्रकार की बैटरी में से एक। स्रोत: Pexels

ढेर अनगिनत रंगों, आकृतियों और आकारों में आ सकते हैं, जैसे वे अन्य सामग्रियों से बनाए जा सकते हैं। इसी तरह, और इससे भी महत्वपूर्ण बात, इसकी आंतरिक संरचना, जहां बिजली उत्पन्न करने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाएं होती हैं, उन्हें एक दूसरे से अलग करने का कार्य करती हैं।

उदाहरण के लिए, ऊपर दी गई छवि तीन क्षारीय बैटरी दिखाती है, सबसे आम में से एक। क्षारीय शब्द इस तथ्य को संदर्भित करता है कि माध्यम जहां इलेक्ट्रॉनों की रिहाई और प्रवाह होता है, बुनियादी है; अर्थात्, इसका pH 7 और OH से अधिक है ^- आयनों और अन्य ऋणात्मक आवेशों का प्रबल होना ।

सामान्य रैंकिंग

विभिन्न प्रकार की बैटरियों में से कुछ को संबोधित करने से पहले, यह जानना आवश्यक है कि इन्हें विश्व स्तर पर या तो प्राथमिक या द्वितीयक के रूप में वर्गीकृत किया गया है।

मुख्य

प्राथमिक बैटरी वे हैं जो एक बार भस्म हो जाती हैं, उन्हें छोड़ दिया जाना चाहिए या पुनर्नवीनीकरण किया जाना चाहिए, क्योंकि रासायनिक प्रतिक्रिया जिस पर विद्युत प्रवाह आधारित है अपरिवर्तनीय है। इसलिए, उन्हें रिचार्ज नहीं किया जा सकता है।

वे मुख्य रूप से उन अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाते हैं जहां विद्युत ऊर्जा को रिचार्ज करना अव्यावहारिक है; जैसे कि सैन्य उपकरणों में, युद्ध के मैदान के बीच में। इसी तरह, वे उन उपकरणों के लिए डिज़ाइन किए गए हैं जो थोड़ी ऊर्जा का उपयोग करते हैं, ताकि वे लंबे समय तक रहें; उदाहरण के लिए, रिमोट कंट्रोल या पोर्टेबल कंसोल (जैसे कि गेमबॉय, टेट्रिस और तमागोटची)।

एक अन्य उदाहरण का हवाला देते हुए, क्षारीय बैटरी भी प्राथमिक प्रकार के हैं। उनके पास आमतौर पर बेलनाकार आकार होते हैं, हालांकि इसका मतलब यह नहीं है कि बेलनाकार बैटरी माध्यमिक या रिचार्जेबल नहीं हो सकती है।

उच्च विद्यालय

प्राथमिक बैटरी के विपरीत, एक बार सत्ता से बाहर हो जाने पर माध्यमिक बैटरी को रिचार्ज किया जा सकता है।

ऐसा इसलिए है क्योंकि उनके भीतर होने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाएं प्रतिवर्ती हैं, और इसलिए, एक निश्चित वोल्टेज को लागू करने के बाद, उत्पाद की प्रजातियां फिर से प्रतिक्रियाशील हो जाती हैं, इस प्रकार फिर से प्रतिक्रिया शुरू होती है।

कुछ माध्यमिक कोशिकाएं (जिन्हें बैटरी कहा जाता है) आमतौर पर प्राथमिक लोगों की तरह छोटी होती हैं; हालाँकि, वे उन उपकरणों के लिए अभिप्रेत हैं जो अधिक ऊर्जा की खपत करते हैं और जिसके लिए प्राथमिक बैटरी का उपयोग आर्थिक और ऊर्जावान रूप से अव्यावहारिक होगा। उदाहरण के लिए, सेल फोन की बैटरी में माध्यमिक कोशिकाएं होती हैं।

इसके अलावा, माध्यमिक कोशिकाओं को बड़े उपकरण या सर्किट के लिए डिज़ाइन किया गया है; उदाहरण के लिए, कार बैटरी, जो कई बैटरी या वोल्टिक कोशिकाओं से बनी होती हैं।

वे आम तौर पर प्राथमिक कोशिकाओं और बैटरी की तुलना में अधिक महंगे होते हैं, लेकिन लंबे समय तक उपयोग के लिए वे एक अधिक उपयुक्त और प्रभावी विकल्प होते हैं।

अन्य पहलू

ढेरों को या तो प्राथमिक या माध्यमिक के रूप में वर्गीकृत किया जाता है; लेकिन व्यावसायिक रूप से या लोकप्रिय रूप से, उन्हें आमतौर पर उनके आकार (बेलनाकार, आयताकार, बटन-प्रकार), उपकरण का इरादा (कैमरा, वाहन, कैलकुलेटर), उनके नाम (एए, एएए, सी, डी, एन, ए 23, आदि) के अनुसार वर्गीकृत किया जाता है।), और उनके आईईसी और एएनएसआई कोड।

साथ ही, उनके वोल्टेज (1.2 से 12 वोल्ट), साथ ही साथ उनके उपयोगी जीवन और मूल्य जैसी विशेषताएं, उन्हें उपभोक्ता की नज़र में एक निश्चित वर्गीकरण देने के लिए जिम्मेदार हैं।

बैटरी के प्रकारों की सूची

कार्बन-जिंक

कार्बन-जिंक बैटरी (जिसे लेक्लेनच सेल या सलाइन बैटरी के रूप में भी जाना जाता है) सबसे आदिम में से एक है, और वर्तमान में इसे अन्य बैटरियों की तुलना में लगभग माना जाता है। विशेष रूप से, क्षारीय बैटरी की तुलना में, जो हालांकि वे थोड़ा अधिक महंगे हैं, एक लंबा जीवन और वोल्टेज है।

जैसा कि इसके नाम से पता चलता है, इसके इलेक्ट्रोड में एनोड और कैथोड से संबंधित एक जिंक कैन और एक ग्रेफाइट रॉड होता है, क्रमशः।

पहले इलेक्ट्रोड में, एनोड, इलेक्ट्रॉनों की उत्पत्ति धातु जस्ता के ऑक्सीकरण से होती है। ये इलेक्ट्रॉन तब एक बाहरी सर्किट से गुजरते हैं जो उपकरण को विद्युत ऊर्जा के साथ खिलाता है, और फिर वे ग्रेफाइट कैथोड पर समाप्त होते हैं, जहां चक्र मैंगनीज डाइऑक्साइड को कम करके पूरा किया जाता है जिसमें यह डूब जाता है।

प्रतिक्रियाओं

इलेक्ट्रोड पर होने वाली प्रतिक्रियाओं के लिए रासायनिक समीकरण हैं:

Zn (s) → Zn ²⁺ (एसी) + 2e ^- (एनोड)

2 MnO ₂ (s) + 2e ^- + 2 NH ₄ Cl (aq) → Mn ₂ O ₃ (s) + 2 NH ₃ (aq) + H ₂ O (l) + 2 Cl ^- (aq) (कैथोड)

ये बैटरी बहुत क्षारीय बैटरी के समान हैं: दोनों बेलनाकार हैं (जैसे कि छवि में एक)। हालांकि, कार्बन-जस्ता बैटरी को बाहर से लेबल किए गए विशेषताओं को विस्तार से पढ़कर पहचाना जा सकता है, या यदि उनका आईईसी कोड आर। से पहले होता है। उनका वोल्टेज 1.5 वी है।

-Alkaline

क्षारीय बैटरी कार्बन-जस्ता प्रकार से बहुत मिलती-जुलती है, इस अंतर के साथ कि इलेक्ट्रोड जिस माध्यम में स्थित हैं, उसमें OH ^- आयन होते हैं । इस माध्यम में पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड, केओएच के मजबूत इलेक्ट्रोलाइट्स होते हैं, जो ओएच का योगदान देता है ^- जो इलेक्ट्रॉनों के प्रवास में भाग लेते हैं और "सहयोग" करते हैं।

यह विभिन्न आकारों और वोल्टेज में आता है, हालांकि सबसे आम 1.5 वी है। वे शायद बाजार पर सबसे अच्छी तरह से ज्ञात बैटरी हैं (उदाहरण के लिए डुरसेल)।

आपके इलेक्ट्रोड पर होने वाली प्रतिक्रियाएं हैं:

Zn (s) + 2OH ^- (aq) → ZnO (s) + H ₂ O (l) + 2e ^- (एनोड)

2MnO ₂ (s) + H ₂ O (l) + 2e ^- → Mn ₂ O ₃ (s) + 2OH ^- (aq) (कैथोड)

जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, तेजी से प्रतिक्रियाएं होती हैं और बैटरी तेजी से डिस्चार्ज होती है। दिलचस्प है, लोकप्रिय अफवाहें उनके जीवन काल को बढ़ाने के लिए उन्हें फ्रीजर में फैलाने के लिए फैलती हैं; हालांकि, ठंडा होने पर, इसकी सामग्री संभव जमना से गुजर सकती है जो बाद के दोष या जोखिम का कारण बन सकती है।

बुध

संभव पारा बैटरी, जिसे सिल्वर ऑक्साइड बैटरी से भ्रमित किया जा सकता है। स्रोत: मल्टीचैरी

पारा बैटरी चांदी के बटन की अपनी अजीब आकृति (ऊपर की छवि) के कारण बहुत विशेषता है। लगभग हर कोई उन्हें पहली नज़र में पहचान लेगा। वे क्षारीय भी हैं, लेकिन उनके कैथोड में ग्रेफाइट और मैंगनीज डाइऑक्साइड, पारा ऑक्साइड, एचजीओ के अलावा शामिल हैं; जो कम होने के बाद, धातु पारे में बदल जाता है:

Zn (s) + 2OH ^- (aq) → ZnO (s) + H ₂ O (l) + 2e ^-

HgO (s) + H ₂ O + 2e ^- → Hg (s) + 2OH ^-

ध्यान दें कि इन सेल प्रतिक्रियाओं में ओएच ^- आयनों का सेवन और पुनर्जनन कैसे किया जाता है ।

छोटी बैटरी होने के कारण, यह छोटे उपकरणों, जैसे घड़ियों, कैलकुलेटर, टॉय कंट्रोल, आदि के लिए है। जिसने भी इन वस्तुओं में से किसी का भी उपयोग किया है, उसने महसूस किया होगा कि बैटरी को लगभग "अनंत काल" के लिए बदलना आवश्यक नहीं है; जो लगभग 10 साल के बराबर होगा।

सिल्वर ऑक्साइड

सिल्वर ऑक्साइड बैटरी। स्रोत: लुकास ए, सीजेडई।

पारा बैटरी का मुख्य दोष यह है कि जब त्याग दिया जाता है तो वे इस धातु की विषाक्त विशेषताओं के कारण पर्यावरण के लिए एक गंभीर समस्या का प्रतिनिधित्व करते हैं। शायद इसीलिए इसमें IEC और ANSI कोड का अभाव है। सिल्वर ऑक्साइड बैटरी के लिए, उनका आईईसी कोड एस अक्षर से पहले है।

पारा बैटरी के लिए विकल्पों में से एक सिल्वर ऑक्साइड बैटरी से मेल खाती है, बहुत अधिक महंगा है, लेकिन कम पारिस्थितिक प्रभाव (शीर्ष छवि) के साथ। वे मूल रूप से क्षारीय जंग से जस्ता की रक्षा करने के लिए पारा होते थे।

यह 1.5V के वोल्टेज के साथ उपलब्ध है, और इसके अनुप्रयोग पारा बैटरी के समान हैं। वास्तव में, पहली नज़र में दोनों बैटरी समान दिखती हैं; हालाँकि बहुत बड़ा सिल्वर ऑक्साइड ढेर हो सकता है।

इसके इलेक्ट्रोड पर प्रतिक्रियाएं हैं:

Zn (s) + 2OH ^- (aq) → Zn (OH) ₂ (s) + 2 e ^-

Ag ₂ O (s) + 2H ⁺ (aq) + 2e ^- → 2Ag (s) + H ₂ O (l)

पानी बाद में इलेक्ट्रोलिसिस से गुजरता है, एच ⁺ और ओएच ^- आयनों में विघटित होता है ।

ध्यान दें कि पारा के बजाय कैथोड पर धातु चांदी का गठन होता है।

-निकेल-कैडमियम (NiCad)

NiCd बैटरी। स्त्रोत: लॉर्डऑडर

इस बिंदु से माध्यमिक कोशिकाओं या बैटरी को माना जाता है। पारा बैटरी की तरह, निकल कैडमियम बैटरी धातु कैडमियम के कारण पर्यावरण (वन्यजीव और स्वास्थ्य के लिए) के लिए हानिकारक हैं।

उन्हें उच्च विद्युत धाराओं को उत्पन्न करने की विशेषता है और बड़ी संख्या में रिचार्ज किया जा सकता है। वास्तव में, उन्हें कुल 2000 बार रिचार्ज किया जा सकता है, जो असाधारण स्थायित्व के बराबर है।

इसके इलेक्ट्रोड में कैथोड के लिए निकेल ऑक्साइड हाइड्रॉक्साइड, NiO (OH) और एनोड के लिए धात्विक कैडमियम होता है। रासायनिक तर्क, संक्षेप में, एक ही रहता है: कैडमियम (जस्ता के बजाय) इलेक्ट्रॉनों को खो देता है, और कैडमियम NiO (OH) उन्हें प्राप्त करता है।

निम्‍न कोशिका अभिक्रियाएँ हैं:

Cd (s) + 2OH ^- (aq) → Cd (OH) ₂ (s) + 2e ^-

2NiO (OH) (s) + 2H ₂ O (l) + 2e ^- → 2Ni (OH) ₂ (s) + OH ^- (aq)

ओह ^- आयनों, फिर से, कोह इलेक्ट्रोलाइट से आते हैं। NiCad बैटरी, तब, निकल और कैडमियम धातु हाइड्रॉक्साइड उत्पन्न करती हैं।

वे व्यक्तिगत रूप से उपयोग किए जाते हैं या पैकेज में युग्मित होते हैं (जैसे कि पीले रंग में, ऊपर की छवि)। इसलिए वे बड़े या छोटे पैकेज में आते हैं। छोटे लोग खिलौनों में उपयोग पाते हैं; लेकिन बड़े विमानों और इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए उपयोग किया जाता है।

-नीकल-मेटल हाइड्राइड (नी-एचएम)

नी-एचएम बैटरी। स्रोत: रमेश एनजी फ़्लिकर से (https://www.flickr.com/photos/rameshng/5645036051)

एक अन्य प्रसिद्ध सेल या बैटरी, जो ऊर्जा क्षमता में NiCad से अधिक है, वह Ni-HM (निकल और मेटल हाइड्राइड) है। यह बेलनाकार प्रारूप (पारंपरिक बैटरी, ऊपर की छवि), या एक बैटरी में युग्मित हो सकता है।

रासायनिक रूप से, इसकी लगभग समान विशेषताएं हैं NiCad बैटरी, इसका मुख्य अंतर इसके नकारात्मक इलेक्ट्रोड के साथ है: कैथोड कैडमियम नहीं है, बल्कि दुर्लभ पृथ्वी और संक्रमण धातुओं का एक इंटरमेटिक धातु है।

यह मिश्र धातु चार्जिंग के दौरान बनने वाले हाइड्रोजन को अवशोषित करने के लिए जिम्मेदार है, जिससे एक जटिल धातु हाइड्राइड उत्पन्न होता है (इसलिए इसके नाम में एच अक्षर)।

यद्यपि नी-एचएम बैटरी अधिक शक्ति प्रदान करती है (लगभग 40% अधिक), वे अधिक महंगे हैं, अधिक तेज़ी से पहनते हैं, और NiCad बैटरी के समान बार रिचार्ज नहीं किया जा सकता है; अर्थात्, उनके पास एक छोटा उपयोगी जीवन है। हालांकि, उनके पास मेमोरी प्रभाव की कमी है (बैटरी के प्रदर्शन का नुकसान पूरी तरह से छुट्टी नहीं होने के कारण)।

यह इस कारण से है कि उन्हें लंबे समय तक काम करने वाली मशीनरी में उपयोग नहीं किया जाना चाहिए; हालांकि इस समस्या को एलएसडी-एनआईएचएम बैटरी के साथ दूर किया गया है। इसी तरह, नी-एचएम कोशिकाओं या बैटरी में बहुत स्थिर थर्मल विशेषताएं होती हैं, जो जोखिम का प्रतिनिधित्व किए बिना तापमान की एक विस्तृत श्रृंखला में संचालित होती हैं।

प्रतिक्रियाओं

आपके इलेक्ट्रोड पर होने वाली प्रतिक्रियाएं हैं:

Ni (OH) ₂ (s) + OH ^- (aq) (NiO (OH) (s) + H ₂ O (l) + e ^-

H ₂ O (l) + M (s) + e ^-) OH ^- (aq) + MH (s)

आयन-लिथियम

लैपटॉप के लिए लिथियम आयन बैटरी। स्रोत: विकिपीडिया से क्रिस्टोफर

लिथियम कोशिकाओं और बैटरी में वे ली ⁺ आयनों के प्रवास पर आधारित होते हैं, जो बढ़ते हुए सकारात्मक चार्ज के कारण इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण के उत्पाद को एनोड से कैथोड में स्थानांतरित किया जाता है।

कुछ को रिचार्ज किया जा सकता है, जैसे लैपटॉप बैटरी (शीर्ष छवि), और अन्य, बेलनाकार और आयताकार बैटरी (LiSO ₂, LiSOCl ₂ या LiMnO ₂) नहीं।

लिथियम-आयन बैटरी की विशेषता बहुत हल्की और ऊर्जावान होती है, जो उन्हें कई इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों, जैसे स्मार्टफोन और चिकित्सा उपकरणों में उपयोग करने की अनुमति देती है। इसी तरह, वे शायद ही स्मृति प्रभाव से पीड़ित हैं, उनके चार्ज घनत्व NiCad और नी-एचएम कोशिकाओं और बैटरी से अधिक है, और वे निर्वहन में अधिक समय लेते हैं।

हालांकि, वे उच्च तापमान के प्रति बहुत संवेदनशील हैं, यहां तक ​​कि विस्फोट भी; और इसके अलावा, वे अन्य बैटरियों की तुलना में अधिक महंगे हैं। फिर भी, लिथियम बैटरी को बाजार पर अनुकूल रूप से देखा जाता है, और कई उपभोक्ता उन्हें सर्वश्रेष्ठ के रूप में रेट करते हैं।

-एड लीड

ऑटोमोबाइल के लिए विशिष्ट लीड एसिड बैटरी। स्रोत: टंटफ्लेश

और अंत में, एसिड बैक्टीरिया का नेतृत्व करते हैं, जैसा कि इसके नाम से पता चलता है, इसमें ओएच नहीं है ^- लेकिन एच ⁺ आयन; विशेष रूप से, सल्फ्यूरिक एसिड का एक केंद्रित समाधान। वोल्टाइक कोशिकाएँ उनके बक्सों (ऊपरी छवि) के अंदर पाई जाती हैं, जहाँ उनमें से तीन या छह को क्रमशः 6 या 12 वी की बैटरी देते हुए श्रृंखला में जोड़ा जा सकता है।

यह बड़ी मात्रा में विद्युत आवेश उत्पन्न करने में सक्षम है, और क्योंकि वे बहुत भारी हैं, वे अनुप्रयोगों या उपकरणों के लिए अभिप्रेत हैं जिन्हें मैन्युअल रूप से ले जाया नहीं जा सकता है; उदाहरण के लिए, कारों, सौर पैनलों और पनडुब्बियों। यह एसिड बैटरी सबसे पुरानी है और अभी भी मोटर वाहन उद्योग में है।

इसके इलेक्ट्रोड लीड से बने होते हैं: कैथोड के लिए PbO ₂, और एनोड के लिए स्पॉन्जी मेटालिक लीड। उनमें होने वाली प्रतिक्रियाएं हैं:

Pb (s) + HSO ^- ₄ (aq) → PbSO ₄ (s) + H ⁺ (aq) 2% ^-

PbO ₂ (s) + HSO ^- ₄ (aq) + 3H ⁺ (aq) + 2e ^- → PbSO ₄ (s) + 2H ₂ O (l)

संदर्भ

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