باتری خشک چیست؟

باتری خشک نوعی باتری الکتریکی است که معمولا برای دستگاه های الکتریکی قابل حمل استفاده می شود. برخلاف باتری‌های سلولی مرطوب که دارای الکترولیت مایع هستند، سلول های خشک از الکترولیت به شکل خمیر استفاده می‌کنند و بنابراین کمتر در معرض نشتی هستند.
سلول خشک در سال 1886 توسط دانشمند آلمانی به نام کارل گسنر، پس از توسعه باتری‌های روی-کربن مرطوب توسط ژرژ لکلانچه در سال 1866 ساخته شد. نوعی سلول خشک نیز توسط ساکیزو یای ژاپنی در سال 1887 ساخته شد.

تاریخچه

بسیاری از آزمایشگران سعی کردند الکترولیت یک سلول الکتروشیمیایی را بی حرکت کنند تا استفاده از آن راحت تر باشد. شمع زامبونی 1812 یک باتری خشک با ولتاژ بالا است، اما قادر به انتقال جریان‌های کوچک است. آزمایش‌های مختلفی با سلولز، خاک اره، شیشه‌های تابیده شده، الیاف آزبست و ژلاتین انجام شد.
در سال 1886، کارل گسنر ثبت اختراع آلمانی (شماره 37758) را بر روی گونه ای از سلول (تر) Leclanché به دست آورد که به دلیل نداشتن الکترولیت مایع آزاد به عنوان باتری خشک شناخته شد. در عوض، کلرید آمونیوم با گچ پاریس مخلوط شد تا خمیری ایجاد شود و مقدار کمی کلرید روی به آن اضافه شود تا عمر پوسته افزایش یابد. کاتد دی اکسید منگنز در این خمیر غوطه ور شد و هر دو در یک پوسته روی مهر و موم شدند که به عنوان آند نیز عمل می کند. یک باتری خشک در ژاپن در دوران میجی در سال 1887 اختراع شد. مخترع آن Sakizō Yai بود. با این حال، Yai پول کافی برای ثبت اختراع نداشت، به همین دلیل اولین دارنده اختراع باتری در ژاپن یای نبود، بلکه تاکاهاشی ایچیسابورو بود. ویلهلم هلسن نیز یک باتری خشک را اختراع کرد و در سال 1890 امتیاز 439151 ایالات متحده را به دست آورد.
برخلاف باتری های مرطوب قبلی، باتری  خشک گسنر جامدتر است، نیازی به نگهداری ندارد، ریخته نمی‌شود و در هر جهتی قابل استفاده است. پتانسیل 1.5 ولت را فراهم می کند. اولین مدل تولید انبوه باتری خشک کلمبیا بود که اولین بار توسط شرکت ملی کربن در سال 1896 به بازار عرضه شد. NCC مدل گاسنر را با جایگزینی گچ پاریس با مقوای حلقه‌دار بهبود بخشید، نوآوری که فضای بیشتری را برای کاتد باقی می‌گذارد و مونتاژ باتری را آسان‌تر می‌کند. این اولین باتری مناسب برای توده ها بود و وسایل الکتریکی قابل حمل را کاربردی کرد.
سلول روی-کربن (همانطور که شناخته شد) هنوز هم امروزه تولید می شود.

طراحی باتری خشک

در یک سلول خشک از یک الکترولیت خمیری استفاده می‌شود، که فقط رطوبت کافی برای عبور جریان دارد. برخلاف باتری مرطوب، یک باتری خشک می تواند در هر جهتی بدون ریختن کار کند، زیرا حاوی مایع آزاد نیست و برای تجهیزات قابل حمل مناسب است. در مقایسه، اولین سلول‌های مرطوب معمولاً ظروف شیشه‌ای شکننده بودند که میله‌های سربی از بالای آن آویزان بودند و برای جلوگیری از ریزش نیاز به رسیدگی دقیق داشتند. باتری‌های سرب اسیدی تا زمان ساخت باتری ژل به ایمنی و قابلیت حمل سلول خشک دست پیدا نکردند. استفاده از سلول‌های مرطوب برای کاربردهای با زهکشی بالا، مانند راه‌اندازی موتورهای احتراق داخلی، ادامه یافته است، زیرا مهار جریان الکترولیت باعث کاهش قابلیت جریان می‌شود.
یک سلول خشک معمولی سلول روی-کربن است که گاهی اوقات سلول Leclanché خشک نامیده می شود، با ولتاژ اسمی 1.5 ولت، مشابه سلول قلیایی (زیرا هر دو از یک ترکیب روی-دی اکسید منگنز استفاده می کنند).
یک باتری خشک استاندارد شامل یک آند روی، معمولا به شکل یک گلدان استوانه ای، با یک کاتد کربن به شکل یک میله مرکزی است. الکترولیت کلرید آمونیوم به شکل خمیر در کنار آند روی است. فضای باقی مانده بین الکترولیت و کاتد کربن توسط خمیر دوم متشکل از کلرید آمونیوم و دی اکسید منگنز اشغال می شود که دومی به عنوان دپلاریز کننده عمل می کند. در برخی از طرح ها، که اغلب به عنوان “وظیفه سنگین” به بازار عرضه می شوند، کلرید آمونیوم با کلرید روی جایگزین می شود.