الکترولیت :

الکترولیت در باطریها عامل اصلی حرکت یونها و انتقال آنها بین صفحات مثبت و منفی می باشد که در باطریهای اسیدی محلول رقیق شده اسید سولفوریک در آب مقطر می باشد و در سلول های قلیایی از محلول هیدروکسید پتاسیم استفاده می شود .

جهت تعیین و میزان الکترولیت, چگالی آن را می سنجند  و از وسیله ای   به  نام غلظت سنج ( Hydrometer – Densimeter  )استفاده می گردد و بر حسب g/cm³  ( گرم بر سانتی متر مکعب ) بیان می شود . هیدرومتر شامل یک مکنده ویک آرومتر ( Aerometer )  در داخل مکنده می باشد که پس از مکش الکترولیت به داخل  ,آرومتر بصورت شناور در آمده ( باید توجه داشت که هیدرومتر بطور عمودی نگه داشته شود تا آرومتر کاملا شناور بوده و به  بدنه هیچ اتصالی نداشته باشد ) با قرائت سطحی که الکترولیت روی آرومتر نشان می دهد ,  میزان غلظت الکترولیت بدست می آید . برای باطریهای اسیدی میزان نرمال آن در باطریهای در حین کار g/cm³  1.22 تا g/cm³  1.24 و در باطریهای قلیایی g/cm³   1.21 است . اگر غلظت از این میزان کمتر بود باید باطریها را شارژ نمود و اگر از این میزان بیشتر بود باید به باطریها آب مقطر یا آب خالص صنعتی اضافه نمود که آب مقطر یا آب خالص صنعتی باید کاملا خالص ,تمیز , بیرنگ و بی بو باشد و درآان ذرات روغنی شناور وجود نداشته باشد . PH آن بین  5 تا 7 بوده ( با تست کردن با کاغذ لیفوم ) و ضریب هدایت آن نباید بیشتر از 10 میکروزیمنس باشد و در آب خالص نباید موادی مانند سولفاتها آاهن , نیکل , کروم , منگنز ,  ترکیبات کلردار , سولفورها و نیتروژن وجود داشته باشد ویا اینکه جریان شارژ را کم نمود.

هیدرومترها در انواع مختلفی ساخته میشوند ،  نوع ارزان آن در اکثر نقاط قابل یافت است اما در باطریخانه های صنعتی استفاده از هیدرومترههای ساده و معمولی وقت گیر خواهد بود از این رو استفاده از انواع پیشرفته آن بهتر به نظر میرسد که شامل هیدرومترهای عقربه ای و دیجیتال است در نوع عقربه ای  مانند نشان دهنده باک اتومبیل عمل میکند ( در خودرو با شناور شدن تیوپ هوا در باک و بالا و پائین بردن اهرمی که به آن متصل است در یک طرف ، در طرف دیگر تعداد دور سیم پیچ کوچکی را کم و یا زیاد میکند که باعث کم و زیاد شدن نشانگر در داخل خودرو میشود  ( به اصطلاح در پشت آمپر ) پیکان هر عددی را نشان دهد باید قرائت نمود هیدرومتر دیگری نیز با همین عملکرد تنها با روشن نمودن LED به رنگ های قرمز ( غلظت پائین ) سفید یا زرد ( غلظت متوسط  و نرمال ) و به رنگ سبز     ( غلظت بالا)  عمل می نماید. با پیشرفت تکنولوژی استفاده از  هیدرومترهای دیجیتالی رواج پیدا نموده و با استفاده از قطعات الکترونیکی میتواند عمل های اندازه گیری مربوط به هر سل را پس از اندازه گیری ثبت نماید و یا در مناطقی که انجام سرویس کمتر مقدور است ( مانند ایستگاههای مخابراتی در ارتفاعات ) این دستگاهها با مخابره نتایج اپراتور را از چگونگی وضعیت باطری ( غلظت ، دمــا و ولتاژ ) مطلع سازد و یا با کم شدن سطح ویا غلظت  الکترولیت، آلارمی را بفرستد .

         آماده سازی الکترولیت :

چگالی الکترولیت لازم برای آماده سازی باطریها ی اسیدی طبق استانداردهای  VDE 0510 _ B.S 3031_ WB 131e Federal Specification OS 801_ SEN 08.01.03 sect.2.1 در دمای 20 درجه سانتی گراد g/cm0.005  ±1.22  است.

اگر غلظت اسید موجود از مقدار استاندارد تفاوت داشته باید طبق فرمول زیر غلظت اسید مورد نیاز را درست کنیم:

1.22 = D + 0.007(T – 20 )           

D  - دانسیته یا چگالی اسید مورد نیاز است .

T – دمای الکترولیت موجود می باشد .

جهت این منظور میبایست در ظرفی تمیز و بدون گرد و غبار از جنس سفال یا پلاستیک ضخیم و یا سربی ( و نه ظروف شیشه ای و فلزی ) آب مقطر و اسید را با هم ترکیب نمود در حین کار با اسید باید کلیه مسائل ایمنی کار با اسیدها را رعایت نمود و از عینک محافظ  ,  روپوش مناسب و دستکش های پلاستیکی و ماسک استفاده کرد. باید توجه داشت که ریختن آب مقطر بروی اسید خطرناک بوده و باید از این کار شدیداً پرهیز نمود چون اسید به خاطر خورندگی بالایش و وزن مخصوص زیادی که نسبت به آب مقطر دارد اجازه نفوذ سریع آب مقطر را نمی دهد و باعث پاشیدن آب مقطر همراه قطرات اسید به محیط اطراف  بعلا وه تولید گازهای ترکیبی می شود . پس از بدست آمدن غلظت مناسب باید اجازه داد محلول کاملا خنک شود ورنگی نداشته باشد .  پس از این مرحله میتوان الکترولیت بدست آمده را در باطریها تا حدود 1 سانتی متر بالای سطح صفحات ریخت و اجازه می دهیم الکترولیت خنک شده و درضمن به درون صفحات کاملا نفوذ نماید تا باطریها آماده شارژ شوند.

        اسید سولفوریکاسید معدنی بسیار قوی می‌باشد. اسید سولفوریک در قرن نهم توسط شیمیدان ایرانی  یعنی زکریای رازی کشف شد. او اسید سولفوریک را از طریق تقطیر خشک کانی‌هایی که شامل سولفات آهن که زاج سبز نامیده می‌شود و سولفات مس که کات کبود نامیده می‌شد بدست آورد. حرارت هر یک از این ترکیبات باعث تجزیه آنها و ایجاد اکسید آهن II یا اکسید مس II ، آب و می‌گردد. ترکیب آب و حاصل شده ، محلول رقیق اسید سولفوریک ایجادمی‌کند این روش با ترجمه متون علمی و کتاب‌های دانشمندان مسلمان ایرانی توسط شیمیدان‌های اروپایی در قرون وسطی مانند آلبرت ماگنوس در اروپا شناخته شد و به این دلیل اسید سولفوریک را شیمیدان‌های قرون وسطی به نام جوهر گوگرد شناختند. در قرن هفدهم ، جان گلوبر ، اسید سولفوریک را از سوزاندن سولفورو نیترات پتاسیم در مجاورت بخار آب تهیه کرد. در سال 1746 ، جان روبک اسید سولفوریک را با غلظت 40-35% در ظروف سربی تولید می‌کرد. جوزف گیلوساک با اصلاح روش روبک ، اسید سولفوریکی با غلظت 78% بدست آورد با این همه صنایع رنگرزی و سایر صنایع شیمیایی خواهان اسید سولفوریک با غلظت بالاتر بودند. در اواسط قرن 18 این امر با روش تقطیر خشک کانی‌ها ، شبیه همان روش اولیه رازی ممکن شد. در این روش سولفید آهن در اثر حرارت در هوا تولید سولفات آهن II می‌کند و فراورده حاصل با حرارت اضافی اکسید شده و تولید سولفات آهن III می‌کند که آن هم در اثر حرارت در 480 درجه سانتیگراد تجزیه شده و اکسید آهن و ایجاد می‌کند. عبور دادن به آرامی از میان آب ، اسید سولفوریک با غلظت بالا ایجاد می‌کند.

 این اسید با هر درصدی در آب حل می‌شود. اسید سولفوریک در گذشته به نام جوهر گوگرد معروف بوده است. وقتی غلظت بالایی از گازی به اسید سولفوریک اضافه می‌شود، الئوم یا اسید سولفوریک دود کننده به فرمول ایجاد می‌شود. واکنش اسید سولفوریک با آب بسیار گرمازا می‌باشد.همان طور که ذکر شده اضافه کردن آب به اسید سولفوریک غلیظ خطرناک است. زیرا در اثر حرارت حاصل از واکنش اسید و آب ، آب داغ ممکن است به اطراف پراکنده شود.بنابراین آن را با آرامی به آب اضافه می‌کنند. این مساله بدلیل پایین بودن دانسیته آب نسبت به اسید سولفوریک می‌باشد که آب میل دارد روی اسید قرار گیرد. میل ترکیبی اسید سولفوریک با آب بقدری بالاست که می‌تواند مولکول‌های هیدروژن و اکسیژن را از بقیه ترکیبات بصورت آب جدا کند. به عنوان مثال مخلوط کردن گلوکز و اسید سولفوریک ، عنصر کربن و آب ایجاد می‌کند.

طرز صحیح خواندن هیدرومتر

غلظت سنج دیجیتال، با توانایی ذخیره و ثبت دما برای هر سل:

ساختمان و اجـــزای باطریهـا:

باطریها در اندازه ها ,  ظرفیت ها  , ولتاژها و رنگ ها و مارک های مختلف مشخصا دارای ساختمان یکسانی هستند 1- صفحات مثبت . 2- صفحات منفی . 3- الکترولیت . صفحات مثبت و منفی توسط صفحاتی از جنس پلاستیک مشبک از یکدیگر جدا میگردند . در ته ظرف هر باطری فضایی خالی جهت جمع آوری ذرات جدا شده از صفحات در نظر گرفته می شود ( لجن گیر ) تا باعث اتصال فیزیکی صفحات به یکدیگر نگردد. در بعضی از باطریها بروی باطریها سطح نما قرار میدهند تا سطح الکترولیت به راحتی قابل مشاهده و سنجش باشد. صفحات مثبت باطریها از رنگ تیره شان نسبت به صفحات منفی که دارای شفافیت بیشتری هستند قابل تشخیص می باشد( باطرهای در حین کار ) در باطریهای در حال تخلیه پس از مدتی رنگ هر دو نوع صفحات تقریبا روشن میشود . بروی درب باطریها منفذهایی جهت خروج گازهای تولید شده در باطریها وجود دارد که نباید پوشانده شود . جنس صفحات مثبت در باطریهای اسیدی اکسید سرب و صفحات منفی ازجنس سرب است که بصورت مشبک میباشند ولی صفحات مثبت شکل های  متفاوتی دارند که در مطالب بعدی به آن اشاره میکنیم.       

بــاطــریــهــــا:

بطور کلی میان هر تیغه فلزی با کاتیونهای مربوط به آن فلز بصورت محلول ممکن است اختلاف پتانسیلی برقرار شود. هر اندازه فلز به کار رفته فعالتر باشد بار الکتریکی منفی که از این راه در تیغه جمع میشود بیشتر خواهد شد و از آنجا اختلاف پتانسیل بزرگتری بین محلول و تیغه فلزی روی خواهد داد.

در مورد فلزات غیر فعال مانند مس و نقره نیز ممکن است تعدادی از یونهای فلزی که در محلول است به فلز وارد شده و تیغه نسبت به محلول دارای یک بار الکتریکی مثبت شود . بطور کلی میان هر فلز با نماد M و محلول کاتیون از آن M (aq)  تعادل زیر برقرار است :     ) الکترون e =)                   M(aq) + ne    M(s)=                            به تیغه فلزی در محلول کاتیونی الکترود گفته میشود و از زوج نمودن دو الکترود مناسب یک سلول الکتروشیمیایی تشکیل میشود و یکی از الکترودها که بار منفی بیشتری دارد آند ( قطب منفی ) و دیگری کاتد ( قطب مثبت ) میشود که باعث ایجاد ولتاژ شده که در تمام فلزات ولتاژ در حد کافی جهت مقاصد کاری نرمال نمی باشد.

ولتاژ یک سلول علاوه بر فلزات بکار رفته تابع عوامل دیگری مانند دما و غلظت محلول یونی بکار گرفته شده نیز میباشد ولتاژ برخی از سلولها با افزایش دما (در غلظت ثابت ) افزایش و در برخی هم نیز کاهش می یابد و در غلظت نیز هر اندازه غلظت واکنش دهنده ها بیشتر باشد و غلظت محصولات کمتر,  نیروی محرکه تولیدی بیشتر خواهد بود در نتیجه در یک سلول برای افزایش ولتاژ باید آند رقیق تر و کاتد غلیظ تر باشد.برای نسبت دادن پتانسیل الکتریکی به هر الکترودی آن را با الکترود استاندارد می سنجند . الکترود استاندارد H بعنوان الکترود مرجع پذیرفته شده و پتانسیل الکتریکی آن در هر دمایی صفر در نظر گرفته شده است . در این الکترود گاز هیدرون در فشار یک اتمسفر از اطراف یک تیغه پلاتینی پلاتین دار دمیده میشود و از آنجا تعادل زیر برقرار می گردد:

                                                         H2(g) = 2H(aq) +2e       :   E = 0.000 volt                                             

برای ارزیابی الکترود مورد مطالعه  M  آنرا با الکترود استاندارد زوج نموده تا یک سلول ولتایی حاصل شود و پتانسیل الکترودی آنرا اندازه گیری کرده , ممکن است  M  قطب مثبت و یا منفی شود.

جدول پتانسیل  استاندارد

             ولت

Li (aq)+ 2 ē  → Li(s) ……………………………………………….………………-3.05

Cd² (aq)+2ē → Cd (s)……………………………………………............................-0.40

Pbso4 (s) + 2   ē→  Pb (s) + so4² (aq)……………………………………..………..-0.31

Ni² (aq) + 2 ē→Ni (s)………………………………………………………………..-0.25

Pb²  (aq) +2 ē→Pb(s)………………………………………………………………..0.13

2H (aq) + 2ē→ H 2 (g)……………………………………………………………… 0.00

 So4²(aq) + 4 H(aq)+ 2 ē → So2(g) +2H2o……………………..………………….+0.20

Pbo2 (s) +4H (aq) + so4 ² (aq)+2ē→Pbso4 + 2H2o……………………………….+1.70

F2 (g) + 2 ē→ 2f (aq)……………………………………………………………….+2.87

                                                                                                                                                            پتانسیل های کاهشی استاندارد در دمای 25 درجه سانتیگراد و فشار یک اتمسفر میباشند.

گونه ای که پتانسیل کاهشی آن مثبت تر است (طبق جدول بالا ) کاتد انتخاب میشود .

گالوانی یک دانشمند ایتالیایی بود و شهرتش بخاطر انجام آزمایشات در مورد اثرات جریان الکتریسیته بر بافتهای زنده بوده  او مشاهده نمود که در زمان رعد و برق ، دو چنگال را اگر با عصبهای پاهای یک قورباغه مرده وصل کند ، ماهیچه ها تکان میخورد ، گالوانی بر این عقیده بوده که نوعی جدید از الکتریسیته را کشف کرده است.

اما نخستین تلاش برای ساخت پیل توسط ولتا صورت گرفت ،ولتا دانشمندی ایتالیایی بود و در سال 1794 توضیح داد که چرا وقتی پای قورباغه را با دو فلز مختلف تماس پیدا می کند ، تکان می خورد . وی نشان داد که در اثر اختلاف پتانسیل بوجود آمده بین دو فلز است ولتا در سال 1796  با الکترودهای نقره و روی که با صفحات نمناک از یکدیگر جدا شده بودند وبا اتصال  چند صفحه  به یکدیگراولین پیل را ساخت و در سال 1860 اولین سل قابل شارژ را پلانته اختراع نمود و شش سال بعد جرج لکلانژ سل کلرید آمونیوم – دی اکسید منگنز را اختراع کرد. اما اولین سل قلیایی را لالاندِ و شاپِِرُن ( LALANDE – CHAPERON) در سال 1881 ساختند که بصورت الکترودهای مس و روی در محلول  KOH  بوده است.

طرح باطری قلیایی ادیسون نیز از اکسید نیکل و آهن بوده که در سال 1900 بجای آهن از مواد فعالتر مانند کادمیوم استفاده گردید و در اروپا بالاخص آلمان بروی طرح ادیسون مطالعات زیادی انجام گرفت که نهایتا در سال 1928,  آلمانیها نوع جدید و یکپارچه این نوع باطریها  را به ثبت رساندند .

اما کاوش های جدید نشان می دهد  پیل الکتریکی را ایرانیان  اختراع کردند ایرانیان تقریبا ۱۷۵۰ سال پیش باتری را اختراع نمودند و از آن بطرز ماهرانه و عالمانه ای استفاده می نمودند. در سال 1330 خورشیدی، باستان شناس آلمانی ویلهلم کونیک و همکارانش در نزدیکی تیسفون ابزارهایی از دوران اشکانیان را یافتند. پس از بررسی معلوم شد که این ابزارها پیل‌های الکتریکی هستند که به دست ایرانیان در دوران اشکانیان ساخته شده و به کار برده می‌شده‌اند. او این پیل‌های تیسفون را Baghdad Battery  نامید. اکتشاف این اختراع ایرانیان به اندازه‌ای تعجب و شگفتی جهانیان را بر انگیخت که حتی برخی از دانشمندان اروپایی و امریکایی این اختراع ایرانیان را به موجودات فضایی و ساکنان فراهوشمند سیارات دیگر که با بشقاب‌های پرنده و کشتی‌های فضایی به زمین آمده‌ بودند، نسبت دادند، و آن را فراتر از دانش اندیشمندان و پژوهشگران ایرانی دانستند. برای ایشان پذیرفتنی نبود که ایرانیان 1500 سال پیش از گالوانی ایتالیایی(1786 میلادی) پیل الکتریکی را اختراع نموده باشند. (برای آگاهی بیشتر می‌توانید به کتاب ارابه خدایان نوشته اریک‌فن‌دنیکن مراجعه کنید.)                                                       

ایرانیان از این پیل‌های الکتریکی جریان برق تولید می‌کردند و از آن برای آبکاری اشیا زینتی سود می‌جستند. اما در پهنه دریانوردی ایرانیان از این اختراع جهت آبکاری ابزارهای آهنی در کشتی و جلوگیری از زنگ زدن و تخریب آنها استفاده می‌کردند.

امروزه باطریهای مورد استفاده در مقاصد صنعتی اغلب باطریهای اسیدی ( سربی – اسیدی ) و قلیایی است که جنس صفحات آنها در مطالب جلوتر مورد بحث قرار می گیرد .