البطارية، والمعروفة أيضًا بالخلية أو المجمع، هي جهاز يتكون من خلايا كهروكيميائية تحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية. وتتمثل مهمتها الرئيسية في توفير التيار المباشر للأجهزة الكهربائية المختلفة. من الأجهزة الصغيرة إلى الأنظمة الصناعية الكبيرة، تعد البطاريات ضرورية اليوم. هناك أنواع مختلفة من البطاريات تختلف في الشكل والحجم والإمكانيات والتكنولوجيا، ومناسبة للاحتياجات المختلفة.
في هذه المقالة، سنتعمق في أنواع البطاريات الأكثر شيوعًا، وكيفية عملها، وميزاتها الرئيسية، والاختلافات بينها. وسوف نستكشف أيضًا الاستخدام السليم والآثار البيئية لكل نوع من أنواع البطاريات.
ما هي البطارية؟
البطاريات موجودة في حياتنا منذ القرن التاسع عشر، مع تطوير البطارية على يد أليساندرو فولتا. لقد تطورت بمرور الوقت، وتتكيف باستمرار مع التقنيات الجديدة مثل الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والمركبات الكهربائية.
في الأساس، تعمل البطارية عن طريق تخزين الطاقة الكيميائية وإطلاقها على شكل كهرباء. تحدث هذه العملية بفضل تفاعل كهروكيميائي بين قطبين كهربائيين: الأنود (إيجابيا) و الكاثود (سلبي). يسمح المنحل بالكهرباء بتدفق الأيونات بين كلا القطبين.
يتم قياس السعة التخزينية للبطارية أمبير ساعة (آه)، والذي يحدد المدة التي يمكن أن توفر الطاقة.
كيف تعمل البطارية
تعمل البطاريات من خلال تفاعل كيميائي يسمى الأكسدة والاختزال (الأكسدة). أثناء التفريغ، يطلق الأنود الإلكترونات (الأكسدة)، ويقبلها الكاثود (الاختزال). يؤدي تدفق الإلكترونات عبر دائرة خارجية إلى توليد الكهرباء. وفي الوقت نفسه، تتدفق الأيونات إلى البطارية من خلال المنحل بالكهرباء.
اعتمادًا على التركيب الكيميائي، يمكن أن يكون التفاعل غير قابل للانعكاس (البطاريات غير القابلة لإعادة الشحن) أو قابلاً للانعكاس (البطاريات القابلة لإعادة الشحن). في البطاريات القابلة لإعادة الشحن، يمكن عكس التفاعل أثناء إعادة الشحن، مما يعيد البطارية إلى حالتها الأصلية.
أنواع الخلايا في البطاريات
- ابتدائي: ولا يمكن إعادة شحنها بعد نفادها، مثل البطاريات القلوية الشائعة. وهي مناسبة للأجهزة ذات الاستهلاك المنخفض، مثل أجهزة التحكم عن بعد والساعات.
- المدارس الثانوية: وهي قابلة لإعادة الشحن، مما يسمح باستخدامها عدة مرات طوال عمرها الإنتاجي. وهي نموذجية في الهواتف المحمولة والمركبات الكهربائية.
أنواع البطاريات
هناك عدة تصنيفات للبطاريات، اعتمادًا على المواد المستخدمة وتطبيقاتها الخاصة. فيما يلي وصف للأنواع الأكثر شيوعًا:
البطاريات القلوية
يتم استخدامها في الأجهزة منخفضة الطلب ولها عمر افتراضي قصير نسبيًا. وهي موجودة في أجهزة التحكم عن بعد أو الألعاب. المنحل بالكهرباء الذي يستخدمونه هو هيدروكسيد البوتاسيومويحدث التفاعل الكيميائي بين الزنك وثاني أكسيد المنغنيز. وعلى الرغم من أنها رخيصة الثمن، إلا أن التخلص منها يمكن أن يكون ملوثًا إذا لم يتم القيام به بشكل صحيح.
بطاريات الرصاص الحمضية
تُستخدم بشكل شائع في السيارات، وهي قابلة لإعادة الشحن واقتصادية، على الرغم من أنها تتطلب الصيانة. وهي مصنوعة من صفائح الرصاص وحمض الكبريتيك. على الرغم من أنها موثوقة، إلا أن وزنها وحجمها كبيران، ويمكن أن تكون خطيرة إذا لم يتم التعامل معها بشكل صحيح.
بطاريات النيكل والكادميوم (Ni-Cd).
كانت تستخدم سابقًا في أجهزة مثل المثاقب والكاميرات، ويمكن إعادة شحن بطاريات Ni-Cd، ولكنها تعاني من ذلك تأثير الذاكرةمما يقلل من العمر الإنتاجي لها. علاوة على ذلك، فهي تحتوي على الكادميوموهي مادة سامة، فانخفض إنتاجها.
بطاريات هيدريد معدن النيكل (Ni-MH).
تطورًا لبطاريات Ni-Cd، أصبحت هذه البطاريات أكثر صديقة للبيئة وتتمتع بسعة تخزين أكبر. إنهم لا يعانون من تأثير الذاكرة بقدر ما يعانون من Ni-Cd، على الرغم من أن معدل التفريغ الذاتي لديهم أعلى. يتم استخدامها في الكاميرات الرقمية وغيرها من الأجهزة القابلة لإعادة الشحن.
بطاريات ليثيوم أيون (ليثيوم أيون)
الأكثر شعبية اليوم موجودة في الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة. هذه البطاريات خفيفة الوزن، ولها كثافة طاقة عالية ويمكن إعادة شحنها عدة مرات. ومع ذلك، فإنها تميل إلى السخونة الزائدة ويقتصر عمرها الافتراضي على حوالي 500 دورة شحن.
بطاريات ليثيوم بوليمر (LiPo).
تحسينًا على بطاريات الليثيوم التقليدية، تتمتع LiPos بقدرة أعلى ومعدلات تفريغ أفضل. ومع ذلك، فهي حساسة لقضايا درجة الحرارة، مما يجعلها خطيرة إذا تم التعامل معها بشكل غير صحيح.
البطاريات والبطاريات: الاختلافات الرئيسية
في العديد من البلدان، يتم استخدام مصطلحي "البطارية" و"البطارية" بالتبادل أنها ليست هي نفسها. ال بطارية وهي أجهزة غير قابلة لإعادة الشحن بينما بطاريات فهي قابلة للشحن. على الرغم من أن الخلايا الصغيرة قد تبدو مثل البطاريات، إلا أن قدرتها التخزينية محدودة للغاية.
أنواع البطاريات
- البطاريات المشتركة: تتكون هذه البطاريات منخفضة التكلفة من الزنك وثاني أكسيد المنغنيز، وهي مثالية للأجهزة الصغيرة مثل المصابيح الكهربائية. مدتها محدودة ولا يمكن إعادة شحنها.
- البطاريات القلوية: إنها توفر أداءً أفضل من البطاريات الشائعة، ولكنها تتمتع بعمر أطول وأكثر استقرارًا في درجات الحرارة القصوى.
- بطاريات الزر: تستخدم في الساعات وسماعات الرأس، وتتميز بتفريغ منخفض للغاية ويمكن أن تستمر لفترة طويلة في التخزين دون فقدان الكثير من الطاقة.
لقد وجدنا أيضًا أكوامًا من الليثيوم للتطبيقات في الأجهزة الأكثر تقدمًا مثل الكاميرات والساعات، والتي تتميز بعمرها الإنتاجي الطويل.
التأثير البيئي للبطاريات والخلايا
يمكن أن يكون للتخلص غير السليم من البطاريات عواقب وخيمة على البيئة. يعتبر الرصاص والكادميوم والزئبق من المواد شديدة السمية ويجب التعامل معها بطريقة مسؤولة. من المهم أن يتم جمع البطاريات وإعادة تدويرها بشكل صحيح، لمنعها من أن تنتهي في مدافن النفايات حيث يمكن أن تلوث التربة والمسطحات المائية الجوفية.
يوجد في العديد من المواقع بالفعل نقاط تجميع محددة للبطاريات بهدف الحد من تأثيرها البيئي. في الواقع، تسمح إعادة التدوير باستعادة المعادن الثمينة مثل النيكل والليثيوم لإعادة استخدامها.
لذلك، التوصية الواضحة هي اختيار البطاريات القابلة لإعادة الشحن كلما أمكن ذلك، لأنك لن تساعد البيئة فحسب، بل ستوفر أيضًا على المدى الطويل.
كل جهاز له خصائص واحتياجات محددة من حيث مصدر الطاقة. من خلال المعلومات التفصيلية حول كل نوع من أنواع البطاريات، سيكون لديك فهم أفضل لاختيار الخيار الأنسب وفقًا لاحتياجاتك، وفي الوقت نفسه، المساهمة في استخدام أكثر كفاءة واستدامة لمصادر الطاقة هذه.