Battery के कितने प्रकार होते है?| बैटरी के कार्य व उपयोग

दोस्तों Battery शब्द आपने जरूर सुना हुआ होगा, क्योकि वर्तमान में हमारे दैनिक जीवन में प्रयोग होने वाले बहुत सारे उपकरण जैसे की मोबाइल फ़ोन, टीवी का रिमोट, घडिया आदि में बैटरी का ही प्रयोग होता है। तो बैटरी निजी जीवन में बहुत ही महत्वपूर्ण और उपयोगी है। इस लेख में हम इसी महत्वपूर्ण और उपयोगी वस्तु बैटरी के बारे में आपको बताने का प्रयास करेंगे की बैटरी कितने प्रकार होती है? बैटरी क्या होती है? बैटरी के कार्य तथा इसके उपयोग क्या क्या होते है।

वर्तमान में विघुत ऊर्जा हमारे जीवन का एक महत्पूर्ण  हिस्सा है। कई सारे उपकरण विघुत ऊर्जा से ही संचालित किये जाते है । ये विघुत ऊर्जा हमें पावर ग्रिड के द्वारा प्राप्त होती है और इससे प्राप्त होने वाली ऊर्जा AC सप्लाई होती है लेकिन कुछ ऐसे भी उपकरण होते है जो DC सप्लाई से संचालित होते है। तब DC सप्लाई की जरूरत को पूरा करने के लिए हम बैटरी का उपयोग करते है।

Battery क्या होती है?

बैटरी जिसे हिंदी में विद्युत कोष कहा जाता है, एक विद्युत ऊर्जा (electrical energy) का स्रोत है। जो दो या दो से अधिक विद्युत रासायनिक सेल (electrochemical cell) से मिलकर बनता है। बैटरी में ऊर्जा को संचित करके बाद में प्रयोग किया जा सकता है। ये एक पोर्टेबल उपकरण होता है जिसे आसानी से एक स्थान से दुसरे स्थान तक लाया ले जाया जा सकता है।

Battery के द्वारा प्राप्त विद्युत ऊर्जा को रासायनिक ऊर्जा से प्राप्त किया जाता है। अगर साधारण भाषा में कहा जाए तो बैटरी एक ऐसी डिवाइस होता है जो रासायनिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है। मूल रूप से, बैटरी छोटे रासायनिक रिएक्टर होते हैं, जो प्रतिक्रिया के साथ ऊर्जावान इलेक्ट्रॉनों का उत्पादन करते हैं।

इंजीनियरिंग में दो या दो से अधिक विद्युतरासायनिक सेलो के सयोजन को बैटरी कहा जाता है। ये रासायनिक ऊर्जा को संचित करके इस ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में उपलब्ध करवाते है। बैटरी से दिष्ट विद्युत धारा (DC current) प्राप्त होता है।

अगर आपको बैटरी से कोई ऐसा उपकरण चलना हो जिसे संचालित होने के लिए प्रत्यावर्ती धरा (AC current) की जरूरत हो तो आपको इन्वर्टर का प्रयोग करना होगा।

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बैटरी का इतिहास और विकास (History and development of Battery)

“बगदाद बैटरी” – सिरेमिक पॉट बैटरी जिसे दुनिया की सबसे पुरानी बैटरी कहा जाता है, इराकी राजधानी बगदाद के बाहरी इलाके में एक गांव खु जूट राबू के अवशेषों में खोजी गई थी। यह बैटरी 2,000 साल से भी ज्यादा पुरानी है। इस बैटरी का वोल्टेज लगभग 1.5-2 वोल्ट रहा होगा।

1780 में, लुइगी गैलवानी नामक एक इतावली जीवविज्ञानी ने पाया कि जब दो अलग-अलग प्रकार की धातु एक मरे हुए मेंढक के पैर के संपर्क में आई, तो उनके बीच एक विद्युत प्रवाह हुआ और पैर हिल गया। ऐसा माना जाता है कि यह बैटरी के पीछे के सिद्धांत की पहली खोज है।

वोल्टा ने बैटरी का आविष्कार किया

सन 1800 में एक अन्य इटालियन वैज्ञानिक एलेसेंड्रो वोल्टा ने जब तांबे और जस्ता (copper and zinc) को एक इलेक्ट्रोलाइट समाधान (electrolyte solution) जैसे तनु सल्फ्यूरिक एसिड (dilute sulfuric acid) में रखा तो पाया की तांबे के परमाणु आसानी से नहीं टूटते है लेकिन जस्ते (zinc) के परमाणु टूट जाते है, जिससे इलेक्ट्रान बहार निकलते है।

तो तांबा एक धनात्मक (+) ध्रुव बन जाता है और जस्ता एक ऋणात्मक (-) ध्रुव बन जाता है, और जब दोनों को एक कंडक्टर के द्वारा जोड़ा जाता है, तो तांबे से जस्ते ली और बिजली प्रवाहित होती है। इस बैटरी को वोल्टा बैटरी नाम दिया गया जो आधुनिक रासायनिक बैटरियों का आधार बनती है।

ड्राई सेल का आविष्कार

1868 में, जॉर्जेस लेक्लेन्चे नामक एक फ्रांसीसी व्यक्ति ने “लेक्लांच सेल” का आविष्कार किया। यह सेल आज की सूखी बैटरियों (dry batteries) की उत्पत्ति थी। लेकिन इन बटेरियो में एक कमी थी की इनमे प्रयोग होने वाला घोल बहार छलकता था।

गैसनर ने सूखी बैटरी का आविष्कार किया

1888 में, कार्ल गैस्नर नामक एक जर्मन ने एक ऐसी बैटरी का आविष्कार किया जिसमें घोल के छलकने का कोई खतरा नहीं था। चूंकि बैटरी में तरल होने के बावजूद बैटरी नहीं फैलती थी, इसलिए गैस्नर के आविष्कार को “ड्राई सेल” या “ड्राई बैटरी” के रूप में जाना जाने लगा।

स्टोरेज बैटरियों की उत्पत्ति का आविष्कार

1899 में, स्वीडिश इंजीनियर वाल्डेमर जुंगनर ने निकल-कैडमियम बैटरी का आविष्कार किया। यह आज की स्टोरेज बैटरी की उत्पत्ति के रूप में एक युगांतरकारी बैटरी थी।

निकल-आयरन  स्टोरेज बैटरी का आविष्कार

1900 में, महान आविष्कारक थॉमस एडिसन, जिन्हें फिलामेंट लैंप का व्यवसायीकरण करने के लिए भी जाना जाता था, ने निकल-आयरन स्टोरेज बैटरी का आविष्कार किया। इसे एडिसन बैटरी कहा जाता है।

 बैटरी कैसे बनती है ?

भले ही हम बैटरी शब्द का उपयोग अधिकतर करते है, लेकिन ऊर्जा के वास्तविक भंडारण के लिए जिम्मेदार मूल विद्युत रासायनिक इकाई को सेल कहा जाता है। एक सेल, मौलिक विद्युत रासायनिक इकाई (fundamental electrochemical unit) होता है, जो रासायनिक ऊर्जा के रूपांतरण द्वारा उत्पादित विद्युत ऊर्जा का स्रोत है।

 एक सेल में सामान्यतः तीन मुख्य घटको से बना होता हैं: दो इलेक्ट्रोड और इलेक्ट्रोलाइट और इनके आलावा इसमें टर्मिनल, विभाजक और एक कंटेनर भी होता है। इलेक्ट्रोड की बात करें तो, दो प्रकार के इलेक्ट्रोड होते हैं जिन्हें एनोड और कैथोड कहा जाता है।

एनोड धनात्मक इलेक्ट्रोड है (जिसे फ्यूल इलेक्ट्रोड या रिड्यूसिंग इलेक्ट्रोड भी कहा जाता है)। यह बाहरी सर्किट में इलेक्ट्रॉनों को मुक्त करता है और विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया में, यह ऑक्सीकृत हो जाता है।

दूसरी ओर कैथोड, ऋणात्मक इलेक्ट्रोड है (जिसे ऑक्सीकरण इलेक्ट्रोड भी कहा जाता है)। यह  परिपथ से इलेक्ट्रॉनों को ग्रहण करता है और विद्युत रासायनिक अभिक्रिया में यह अपचयित हो जाता है। इसलिए, बैटरी में ऊर्जा रूपांतरण विद्युत रासायनिक ऑक्सीकरण-कमी प्रतिक्रिया के कारण होता है।

सेल का तीसरा महत्वपूर्ण घटक इलेक्ट्रोलाइट है। एक इलेक्ट्रोलाइट दो इलेक्ट्रोड के बीच  चार्ज के स्थानांतरण जो आयनों के रूप में होता है के लिए माध्यम के रूप में कार्य करता है। इसलिए, इलेक्ट्रोलाइट को कभी-कभी आयनिक कंडक्टर के रूप में जाना जाता है। यहां एक महत्वपूर्ण बात ध्यान देने योग्य है कि इलेक्ट्रोलाइट विद्युतीय सुचालक नहीं है, लेकिन इसमें आयनिक चालकता होती है।

एक बैटरी में अक्सर दो  दो से अधिक “सेल” हो सकते हैं जिनको आवश्यक वोल्टेज तथा करंट प्राप्त करने के लिए श्रेणी या फिर समान्तर में लगाया जाता है। और बैटरी का निर्माण किया जाता है।

बैटरी के प्रकार (Types of Batteries)

सामन्य रूप से सभी प्रकार के इलेक्ट्रोकेमिकल सेल और बैटरिया दो प्रकार की होती है।

प्राइमरी बैटरिया  (नॉन -रिचार्जेबल )

सेकेंडरी बैटरिया  (रिचार्जेबल )

इन दोनों प्रकार की Battery के अंदर बैटरी के बहुत सारे प्रकार होते है।  अगर सामान्य शब्दों में कहें तो प्राइमरी बैटरियां नॉन-रिचार्जेबल बैटरियां होती हैं यानी इन्हें बिजली से रिचार्ज नहीं किया जा सकता है जबकि सेकेंडरी बैटरियां रिचार्जेबल बैटरी हैं यानी इन्हें बिजली से रिचार्ज किया जा सकता है।

प्राथमिक बैटरी (Primary battery)

 प्राथमिक बैटरियां कई पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक और बिजली के उपकरणों जैसे लाइट  कैमरा , घड़ियां, खिलौने, रेडियो इत्यादि के लिए ऊर्जा के सरल और सुविधाजनक स्रोतों में से एक है। चूंकि इस प्रकार की बैटरी को  विद्युत रूप से रिचार्ज नहीं किया जा सकता है, इसलिए इनका एक बार से ज्यादा उपयोग नहीं किया जा सकता है।

आमतौर पर, प्राथमिक बैटरियां सस्ती, हल्की, छोटी और उपयोग में बहुत सुविधाजनक होती हैं। घरेलू अनुप्रयोगों में उपयोग की जाने वाली अधिकांश प्राथमिक बैटरियां एकल सेल प्रकार की होती हैं और आमतौर पर बेलनाकार आकर में आती हैं (हालांकि, उन्हें विभिन्न आकारों  में बनाना भी बहुत आसान है)।

सामान्य प्राथमिक बैटरियां

1. जिंक – कार्बन बैटरियां
2. मैग्नीशियम (Mg/MnO2) बैटरी
3. पारा (Zn/HgO) बैटरी
4. क्षारीय (Zn/Alkaline/MnO2) बैटरी
5. सिल्वर/जिंक (Zn/Ag2O) बैटरी
6. लिथियम / घुलनशील कैथोड
7. लिथियम / सॉलिड कैथोड
8. लिथियम/सॉलिड इलेक्ट्रोलाइट

इन सभी प्रकार की बटेरियो की कीमत काम होती है इनका उपयोग रेडियो, खिलौने, सैन्य और विमान रेडियो, लाइफ मेडिकल (श्रवण यंत्र, पेसमेकर), फोटोग्राफी, पेजर, मेमोरी सर्किट, मेडिकल इलेक्ट्रॉनिक्स में किया जाता है।

द्वितीयक बैटरी (Secondary Battery)

सेकेंडरी बैटरी को रिचार्जेबल बैटरी भी कहा जाता है क्योंकि इस प्रकार की बेटरिया डिस्चार्ज होने के बाद दुबारा बिजली से चार्ज (electrically recharge)  करके प्रोयग किया जा सकता है। सेकेंडरी बैटरी के दुबारा रिचार्ज होने का कारण यह है की जब इस बैटरी को बीजली से जोड़ा जाता है तो इसमें धरा (Current) विपरीत दिशा प्रवाहित होने लगती है जिससे इसमें लगे सेलो का केमिकल अवस्था पहले जैसी हो जाती है, और इसे दुबारा प्रयोग में लिया जा सकता है।

सामान्य द्वितीयक बैटरियां

शीशा अम्लीय बैटरी (Lead – Acid Battery)

लीड-एसिड बैटरी अब तक की सबसे लोकप्रिय और सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली रिचार्जेबल बैटरी हैं। वे 100  सालो से भी अधिक समय से एक सफल उत्पाद रहे हैं। लीड-एसिड बैटरियां 1 AH( Ampere hour) की क्षमता वाली छोटी सीलबंद सेलो से लेकर 12,000 AH की क्षमता वाली बड़ी बैटरियों तक कई अलग-अलग  प्रारूप में उपलब्ध हैं।

लीड-एसिड Battery के प्रमुख अनुप्रयोगों में से एक ऑटोमोटिव उद्योग में है क्योंकि इन्हें मुख्य रूप से SLI बैटरी (स्टार्टिंग, लाइटिंग और इग्निशन) के रूप में उपयोग किया जाता है।

इस बैटरी के अन्य अनुप्रयोगों में ऊर्जा भंडारण, आपातकालीन शक्ति, इलेक्ट्रिक वाहन (यहां तक ​​कि हाइब्रिड वाहन), संचार प्रणाली, आपातकालीन प्रकाश व्यवस्था आदि शामिल हैं।

लेड-एसिड बैटरी के अनुप्रयोगों की विस्तृत श्रृंखला इसकी विस्तृत वोल्टेज रेंज, विभिन्न आकार, कम लागत और अपेक्षाकृत आसान रखरखाव का परिणाम है। अन्य द्वितीयक बैटरी प्रौद्योगिकियों की तुलना में, लेड-एसिड बैटरी किसी भी एप्लिकेशन के लिए सबसे कम खर्चीला विकल्प है और बहुत अच्छा प्रदर्शन प्रदान करती है।

लेड-एसिड बैटरी की विद्युत दक्षता 75 से 80% के बीच होती है। यह दक्षता उन्हें ऊर्जा भंडारण (निर्बाध विद्युत आपूर्ति – यूपीएस) और इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए उपयुक्त मानती है।

निकल – कैडमियम बैटरी (Nickel – Cadmium Batteries)

निकेल – कैडमियम बैटरियों जिनको  Ni-Cd बैटरी भी कहा जाता है, लेड-एसिड बैटरी के साथ आज उपलब्ध सबसे पुरानी बैटरी में से एक हैं। इन बटरियो पास बहुत लंबा जीवन है और ये बहुत विश्वसनीय और मजबूत हैं।

Ni-Cd बैटरियों के मुख्य लाभों में से एक इसकी उच्च डिस्चार्ज दर है और उन्हें तापमान की एक विस्तृत श्रृंखला पर संचालित किया जा सकता है। साथ ही, Ni-Cd बैटरी की शेल्फ लाइफ बहुत लंबी होती है। इन बैटरियों की लागत प्रति वाट-घंटे बेसिक पर लेड-एसिड बैटरी से अधिक होती है लेकिन यह अन्य प्रकार की क्षारीय बैटरी से कम होती है।

दुर्भाग्य से, Ni-Cd बैटरियों की एक प्रमुख विशेषता है जिसे “स्मृति प्रभाव” कहा जाता है, जो कि उनका एकमात्र नुकसान है। जब Ni-Cd कोशिकाओं को आंशिक रूप से डिस्चार्ज किया जाता है और फिर रिचार्ज किया जाता है, तो वे अपनी क्षमता को उत्तरोत्तर यानी चक्र-दर-चक्र खो देते हैं। “कंडीशनिंग” वह प्रक्रिया है जहां बैटरियों की खोई हुई क्षमता को बहाल किया जा सकता है। इस प्रक्रिया में, सेल पूरी तरह से शून्य वोल्ट तक डिस्चार्ज हो जाते हैं और फिर पूरी तरह से रिचार्ज हो जाते हैं।

निकल-धातु हाइड्राइड बैटरी (Nickel–Metal Hydride Batteries)

ये अपेक्षाकृत नए प्रकार की बैटरियां हैं जो निकल-हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड बैटरियों का एक विस्तारित संस्करण हैं, जो विशेष रूप से एयरोस्पेस अनुप्रयोगों (उपग्रहों) में उपयोग की जाती थीं। धनात्मक इलेक्ट्रोड निकेल ऑक्सीहाइड्रॉक्साइड (NiOOH) है, जबकि सेल का ऋणात्मक इलेक्ट्रोड एक धातु मिश्र धातु है, जहां हाइड्रोजन को उत्क्रमणीय रूप से संग्रहीत किया जाता है।

चार्ज के दौरान, मिश्र धातु,  धातु हाइड्राइड बनाने के लिए हाइड्रोजन को अवशोषित करता है, और निर्वहन करते समय, धातु हाइड्राइड, हाइड्रोजन छोड़ देता है। Ni-Cd बैटरी की तुलना में निकेल-मेटल हाइड्राइड बैटरियों का एक मुख्य लाभ उनकी उच्च विशिष्ट ऊर्जा और ऊर्जा घनत्व है। सीलबंद निकेल-मेटल हाइड्राइड बैटरी व्यावसायिक रूप से छोटे बेलनाकार कोशिकाओं के रूप में उपलब्ध हैं और पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक्स में उपयोग की जाती हैं।

लिथियम आयन बैटरी  (Lithium – Ion Batteries)

पिछले कुछ दशकों में लिथियम-आयन बैटरी का उदय काफी अभूतपूर्व रहा है। 50% से अधिक उपभोक्ता बाजार ने लिथियम-आयन बैटरी के उपयोग को अपनाया है। विशेष रूप से, लैपटॉप, मोबाइल फोन, कैमरा आदि लिथियम-आयन बैटरी के सबसे बड़े अनुप्रयोग हैं।

लिथियम-आयन बैटरी में काफी उच्च ऊर्जा घनत्व, उच्च विशिष्ट ऊर्जा और लंबे समय तक चलने वाला जीवन होता है। लिथियम-आयन बैटरी के अन्य मुख्य लाभ धीमी स्व-निर्वहन दर और ऑपरेटिंग तापमान की विस्तृत श्रृंखला हैं।

सेकंडरी बटेरियो को दो तरीको से प्रयोग किया जा सकता है।

1) पहले प्रकार के प्रयोग में बैटरी को एक पावर सप्लाई के साथ जोड़ा जाता है, जिससे जब पावर सप्लाई में कोई खराबी आये या पावर कट हो तो बैटरी से ऊर्जा ले सकते है । और जब पावर सप्लाई वापस आ जाये तब बैटरी चार्ज होने लगे। ऐसे अनुप्रयोगों के उदाहरण हाइब्रिड इलेक्ट्रिक वाहन (HEV),  इन्वर्टर,आदि हैं।

2) दुसरे प्रकार के प्रयोग में एक पूरी तरह से रिचार्ज बैटरी को तब तक उपयोग में लिया जाता है जब तक की वो पूरी डिस्चार्ज न हो जाए उसके बाद उसे एक बहरी चार्जर की सहयता से दुबारा चार्ज कर लिया जाता है। और दुबारा प्रयोग किया जाता है। ऐसे अनुप्रयोगों के उदाहरण सभी आधुनिक पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक्स जैसे मोबाइल, लैपटॉप, इलेक्ट्रिक वाहन आदि हैं।

बैटरी अनुप्रयोग

पिछले कुछ दशकों में, उपभोक्ता अनुप्रयोगों में छोटी सीलबंद बैटरियों का उपयोग बहुत अधिक रहा है। छोटे आकार की प्राथमिक या रिचार्जेबल बैटरी का उपयोग बड़ी संख्या में उपकरणों में किया जा रहा है। उनमें से कुछ का उल्लेख नीचे किया गया है।

• पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक उपकरण: घड़ियां, कैमरा, मोबाइल फोन, लैपटॉप, कैमकोर्डर, कैलकुलेटर, परीक्षण उपकरण (मल्टीमीटर)।
• मनोरंजन: रेडियो, एमपी3 प्लेयर, सीडी प्लेयर, सभी इंफ्रारेड रिमोट कंट्रोल, खिलौने, गेम, कीबोर्ड।
• घरेलू: घड़ियां, अलार्म, स्मोक डिटेक्टर, फ्लैश लाइट, यूपीएस, इमरजेंसी लाइट, टूथ ब्रश, हेयर ट्रिमर और शेवर, ब्लड प्रेशर मॉनिटर, हियरिंग एड, पेसमेकर, पोर्टेबल पावर टूल्स (ड्रिल, स्क्रू ड्राइवर)।

बैटरी कैसे चुनें?

आपके एप्लिकेशन के लिए बैटरी का चयन केवल दो विशेषताओं के लिए डायल डाउन किया जा सकता है: प्रदर्शन और लागत। लेकिन अगर हम थोड़ा और गहरा खोदें, तो आपके आवेदन के लिए सही बैटरी चुनने में निम्नलिखित कारक निर्धारित कर रहे हैं।

• प्राथमिक या द्वितीयक
• ऊर्जा या शक्ति
• शेल्फ जीवन
• ऊर्जा दक्षता और रिचार्ज दर
• Battery लाइफ
• बैटरी तापमान

निष्कर्ष

इस लेख के द्वारा हमने आपको battery कितने प्रकार की होती है, प्राथमिक और द्वितीयक बैटरियों, रिचार्जेबल और गैर-रिचार्जेबल बैटरियों और प्रत्येक प्रकार की बैटरी के कुछ सामान्य अनुप्रयोगों को संक्षिप्त में समझने का प्रयास किया है। अगर आपको इस आर्टिकल से कुछ सीखने को मिला है तो इसे अपने दोस्तों के साथ फॉलो करना न भूले।