البطاريات… مصدر طاقة متنقل

من الصعب جدًا أن يكون كل شيء يُستخدم في العالم يحتاج إلى توصيل الكهرباء؛ حيث سيتم ربط المصباح الكهربائي وأجهزة السمع والهواتف المحمولة وغيرها من الأجهزة المحمولة بمنافذ كهربائية ولن يكون بالإمكان تشغيل السيارات بدوران بسيط في المفتاح لأن هناك حاجة لطاقة تحرك المكابس.

ولحسن الحظ تم اختراع البطاريات التي تزود بمصدر طاقة متنقل يوفر العديد من وسائل الراحة الحديثة الممكنة، والمفهوم الأساسي التي تعمل به البطاريات هو نفسه؛ حيث أنه عندما يكون جهاز متصل بالبطارية يحدث تفاعل ينتج عنه طاقة كهربائية وهذا ما يُعرف باسم رد الفعل الكهروكيميائي، وهذا المقال يبحث عن البطاريات.

بحث عن البطاريات

إن من يبحث عن البطاريات سيتطرق لمفهوم البطارية أولًا؛ إذ تُعرف البطارية في الكهرباء والكيمياء الكهربية أنها فئة من الأجهزة التي تحول الطاقة الكيميائية مباشرة إلى طاقة كهربائية وتتكون من مجموعة من الخلايا الجلفانية القادرة على تحويل الطاقة، إلا أنه عادةً يُطبق على خلية واحدة فقط، وكل بطارية لها حجم محدد ولها قدرة معينة على تشغيل الأجهزة وسوف تصبح في نهاية الأمر مستنفذة، وكل بطارية أو خلية تحتوي على كاثود وهو عبارة عن لوحة موجبة وعلى أنود وهو عبارة عن لوحة سالبة.

ويجب فصل هذه الأقطاب الكهربائية وغالبًا ما تكون مغمورة في المنحل بالكهرباء الذي يسمح بمرور الأيونات بين الأقطاب الكهربائية، ويتم اختيار مواد الإلكتروليت بحيث يُمكن تطوير القوة الدافعة الكهربائية المقاسة بالفولت والتيار الكهربائي المقاس بالأمبير بين أطراف البطارية وذلك لتشغيل الأضواء أو الآلات أو الأجهز الأخرى، وعادةً ما تكون الأجزاء النشطة من البطارية مغلفة في صندوق مع نظام تغطية حيث يبقى الهواء في الخارج ويحل المذيب بالكهرباء بالداخل ويوفر هيكلًا للتجميع.

تكوين البطاريات

ولا بد لمن يبحث عن البطاريات أن يبحث عن تكوينها؛ إذ يختلف تكوين البطارية اعتمادً على نوعها سواءً قلوية أو ليثيوم أو كلوريد الزنك وغيرها، وتأتي البطاريات في جميع الأشكال والأحجام والشيء الوحيد المشترك مع أي نوع من البطاريات وهو الطريقة التي يعمل بها حيث تنقل البطارية الطاقة من أحد أطراف الخلية إلى الطرف الآخر مما يخلق تيارًا يُمكن استخدامه لتوفير الطاقة للعديد من الأجهزة.

ويُعتبر الأنود هو جزء البطارية الذي يتخلى عن الإلكترونات أثناء تفريغ الطاقة حيث يكون الأنود هو القطب السالب عند شحن الخلية ويُصبح القطب الموجب في البطاريات القلوية، ويتكون الأنود عادةً من مسحوق الزنك وذلك للحد من التآكل ويُضاف أكسيد الزنك عادةً للأنود.

أما فيما يخص الكاثود يُعتبر جزء البطارية الذي يمتص الإلكترونات أثناء تفريغ البطارية، أي أن الكاثود يكون القطب الموجب عند شحن الخلية ويصبح القطب سالبًا في البطاريات القلوية، ويتكون الكاثود عادةً من ثاني أكسيد المنغنيز لتحسين الموصلية ويُستخدم الجرافيت بشكل تقليدي في الكاثود.

وبالنسبة للإلكتروليت هو عبارة عن مادة موصلة تنقل الطاقة عبر الخلية، حيث يتم توصيل الأنود والكاثود مع بعضهما البعض عن طريق المنحل بالكهرباء. وتعمل البطارية عن طريق حدوث تفاعل كيميائي داخل الخلية، حيث تنتقل الإلكترونات من مكان إلى آخر وينتج تيار كهربائي عن ذلك، حيث أنه نصف الخلية الأول يحتوي على المنحل بالكهرباء والأنود والنصف الآخر يحتوي على منحل بالكهرباء والكاثود، وتتجمع الإلكترونات بالطرف السالب للبطارية وهو الأنود وعند توصيل السلك من الكاثود إلى الأنود تتحرك الإلكترونات عبر الخلية من الأنود للكاثود.

أنواع البطاريات

وهناك أنواع عديدة للبطاريات المستخدمة في الوقت الحالي وكل نوع له استخدام معين وحجم وموصفات مختلفة عن غيره، فهناك بطارية حمض الرصاص ومتغيراتها والبطاريات القلوية والبطاريات الجافة المكونة من الكربون والزنك وبطاريات النيكل والكادميوم، وأيضًا بطاريات النيكل هيدريد المعادن والبطاريات المعدنية المنصهرة من عدة أنواع وغيرها الكثير والكثير من الأنواع المستخدمة في وقتنا الحالي والتي إلى الآن ما زالت قيد التطوير.

لكن بشكل عام يُمكن تقسيم البطاريات إلى فئتين رئيسيتين وهما البطاريات الأولية والبطاريات الثانوية، حيث أن البطاريات الأولية هي نوع من البطاريات يُستخدم مرة واحدة ويمكن التخلص منها أي أنه لا يُمكن إعادة شحنها، أما فيما يخص البطاريات الثانوية هي بطاريات قابلة للشحن مرة أو أكثر حسب نوع البطارية.

وتُعد البطاريات القلوية وبطاريات الزئبق وبطاريات أكسيد الفضة وبطاريات الكربون من الزنك أمثلة على البطاريات الأولية، في حين تندرج بطاريات الرصاص الحمضية وبطاريات الليثيوم في فئة البطاريات الثانوية.

استخدامات البطاريات

للبطاريات العديد من الاستخدامات، حيث يمكننا تشغيل أجهزة السمع والهواتف المحمولة ومشغلات الأقراص المدمجة وأجهزة إنذار الدخان وأجهزة الكمبيوتر وحتى السيارات، وتُعد القدرة على الحصول على الكهرباء دون الحاجة للتوصيل بالكهرباء فكرة مفيدة جدًا ولديها عدد لا يحصى من التطبيقات.