مقدمة:
البطاريات هي أجهزة كهروكيميائية تخزن الطاقة الكيميائية وتطلقها على شكل طاقة كهربائية. وتُستخدم البطاريات في مجموعة واسعة من الأجهزة، بما في ذلك الهواتف المحمولة واللاب توب والسيارات الكهربائية.
أنواع البطاريات:
هناك العديد من أنواع البطاريات المختلفة، ولكل نوع خصائصه الفريدة. ومن أكثر أنواع البطاريات شيوعًا:
1. بطاريات الرصاص الحمضية: تستخدم بطاريات الرصاص الحمضية في السيارات والمعدات الصناعية. وهي بطاريات رخيصة نسبيًا، لكنها ثقيلة وضخمة وتتطلب صيانة دورية.
2. بطاريات الليثيوم أيون: تُستخدم بطاريات الليثيوم أيون في الهواتف المحمولة واللاب توب والسيارات الكهربائية. وهي بطاريات خفيفة الوزن وقوية ومتينة، لكنها أغلى من بطاريات الرصاص الحمضية.
3. بطاريات الليثيوم بوليمر: تشبه بطاريات الليثيوم بوليمر بطاريات الليثيوم أيون، ولكنها أكثر مرونة وأقل عرضة للتسرب. وتُستخدم بطاريات الليثيوم بوليمر في الهواتف المحمولة والأجهزة اللوحية والساعات الذكية.
4. بطاريات النيكل كادميوم: تُستخدم بطاريات النيكل كادميوم في الأدوات الكهربائية والكاميرات الرقمية. وهي بطاريات متينة ورخيصة نسبيًا، لكنها ثقيلة وضخمة وتحتوي على مواد سامة.
5. بطاريات النيكل ميتال هايدريد: تشبه بطاريات النيكل ميتال هايدريد بطاريات النيكل كادميوم، ولكنها لا تحتوي على مواد سامة. وتُستخدم بطاريات النيكل ميتال هايدريد في الأدوات الكهربائية والكاميرات الرقمية.
6. بطاريات أكسيد الفضة: تُستخدم بطاريات أكسيد الفضة في الساعات والأجهزة الطبية. وهي بطاريات صغيرة وخفيفة الوزن ومتينة، لكنها أغلى من الأنواع الأخرى من البطاريات.
7. بطاريات الوقود: تُستخدم بطاريات الوقود في السيارات الكهربائية والمركبات الأخرى. وهي تعمل على توليد الكهرباء من الهيدروجين والأكسجين. وتُعد بطاريات الوقود نظيفة وصديقة للبيئة، لكنها لا تزال في مرحلة التطوير.
مكونات البطارية:
تتكون البطارية من ثلاثة مكونات رئيسية:
1. الأقطاب الكهربائية: الأقطاب الكهربائية هي الجزء الذي يولد الكهرباء. ويتكون القطب الموجب من مادة سهلة التأكسد، بينما يتكون القطب السالب من مادة سهلة الاختزال.
2. المنحل بالكهرباء: المنحل بالكهرباء هو السائل أو الجل الذي يفصل بين الأقطاب الكهربائية. ويحتوي المنحل بالكهرباء على أيونات موجبة وسالبة.
3. الجسر الملحي: الجسر الملحي هو الجزء الذي يسمح للأيونات بالانتقال بين الأقطاب الكهربائية. ويتكون الجسر الملحي من مادة مسامية مشبعة بمحلول ملحي.
عمل البطارية:
تعمل البطارية عن طريق تفاعل كيميائي بين الأقطاب الكهربائية والمنحل بالكهرباء. وعندما يُغلق الدائرة الكهربائية، تتحرك الإلكترونات من القطب الموجب إلى القطب السالب عبر الدائرة الخارجية. وفي الوقت نفسه، تتحرك الأيونات الموجبة عبر الجسر الملحي من القطب الموجب إلى القطب السالب. وعندما تصل الإلكترونات والأيونات إلى القطب السالب، يحدث تفاعل كيميائي يتسبب في إطلاق الطاقة الكهربائية.
شحن البطارية:
تُشحن البطارية عن طريق توصيلها بمصدر طاقة كهربائية، مثل الشاحن أو مأخذ التيار الكهربائي. وعندما تُشحن البطارية، تتدفق الإلكترونات من مصدر الطاقة الكهربائية إلى القطب الموجب للبطارية، وتتحرك الأيونات الموجبة عبر الجسر الملحي من القطب الموجب إلى القطب السالب. وعندما تصل الإلكترونات والأيونات إلى القطب السالب، يحدث تفاعل كيميائي يتسبب في تخزين الطاقة الكهربائية في البطارية.
تفريغ البطارية:
تُفرغ البطارية عندما تُستخدم لتشغيل جهاز كهربائي. وعندما تُفرغ البطارية، تتدفق الإلكترونات من القطب الموجب إلى القطب السالب عبر الدائرة الخارجية. وفي الوقت نفسه، تتحرك الأيونات الموجبة عبر الجسر الملحي من القطب الموجب إلى القطب السالب. وعندما تصل الإلكترونات والأيونات إلى القطب السالب، يحدث تفاعل كيميائي يتسبب في إطلاق الطاقة الكهربائية.
حالة الشحن:
حالة الشحن هي مقياس لمدى شحن البطارية. وتُقاس حالة الشحن بنسبة مئوية. وعندما تكون البطارية مشحونة بالكامل، تكون حالة الشحن 100%. وعندما تكون البطارية فارغة تمامًا، تكون حالة الشحن 0%.
عمر البطارية:
عمر البطارية هو فترة زمنية التي يمكن للبطارية الاحتفاظ بشحنتها. ويُقاس عمر البطارية بعدد دورات الشحن والتفريغ. ودورة الشحن والتفريغ هي عملية شحن البطارية بالكامل ثم تفريغها بالكامل.
خاتمة:
البطاريات هي أجهزة مهمة تستخدم في مجموعة واسعة من الأجهزة. وهناك العديد من أنواع البطاريات المختلفة، ولكل نوع خصائصه الفريدة. وتعمل البطاريات عن طريق تفاعل كيميائي بين الأقطاب الكهربائية والمنحل بالكهرباء. وتُشحن البطارية عن طريق توصيلها بمصدر طاقة كهربائية، وتُفرغ البطارية عندما تُستخدم لتشغيل جهاز كهربائي. وحالة الشحن هي مقياس لمدى شحن البطارية. وعمر البطارية هو فترة زمنية التي يمكن للبطارية الاحتفاظ بشحنتها.