ما هي البطارية وما هي أنواعها وما الدور الذي تلعبه في الدارة الكهربائية

صار وجود البطاريات مهم جدا في حياتنا المعاصرة، فمن منا لا يستخدم هاتفا محمولا أو كشافا ضوئيا أو كومبيوتر خاصا به وغير ذلك من الأجهزة التي تعمل بالبطاريات، كما أنها وفرت سبل للعلاج كما في سماعات الأذن الطبية والكراسي المتحركة التي تساعد المرضى. فمن منا يقدر أن يستغني عن هذه الأجهزة المهمة الآن التي تعمل جميعها بالبطاريات. التي تعتبر أهم مصادر إنتاج الطاقة الكهربية الثابتة في حياتنا اليومية، وفي هذا المقال ribalpower.sa سنتعرف على البطارية تعريفها ومما تتكون البطارية؟ وما وظيفتها داخل الدائرة الكهربية؟.

تعريف البطارية ومكوّناتها

تعرف البطارية (Battery) على أنها حزمة من الطاقة الكيميائية، تنتج قدر قليل من الطاقة الكهربية عندما نحتاج لها. وذلك مخالف للتيارات الكهربية العادية التي تسير في الأسلاك داخل منزلك التي تأتي من محطات توليد الطاقة الكهربائية. ذلك عن طريق تحويل المواد الكيميائية التي توجد في البطارية إلى طاقة كهربية تستخدمها خلال اليوم أو أسابيع أو حتى شهور وسنوات. باختلاف أنواعها وأشكالها وأحجامها. وتتكون البطارية من وحدات طاقة أساسية داخلها، فهي تتكون من خلية واحدة أو أكثر، وكل خلية تتكون من ثلاثة أقسام:

• المصعد أو الأنود (Anode): هو الطرف الذي يدخل إليه التيار الكهربائي (أو تغادر الإلكترونات البطارية) أثناء عملية التفريغ، يتصل بالجانب السالب من البطارية.
• الكهرل أو الإلكتروليت (Electrolyte): مادةٌ كيميائيةٌ سائلة أو شبيهة بالهلام، تفصل بين القطبين الكهربائيين (الأنود والكاثود)، وتحتوي جسيمات مشحونة كهربائيًّا.
• المهبط أو الكاثود (Cathode): هو الطرف الذي يخرج منه التيار الكهربائي (أو تدخل الإلكترونات إلى البطارية) أثناء التفريغ، يتصل بالطرف الموجب من البطارية.

بشكلٍ عام، تتشكل البطارية العادية (القلوية) من مواد أساسية قابلة لإعادة التدوير والاستخدام هي:

وإذا تحدثنا عن المواد الأساسية التي تتكون منها البطارية العادية أو القلوية، نجد أنها مواد قابلة لإعادة التدوير والاستخدام، وهي كالتالي:

• 15% عبارة عن ورق وبلاستيك، يُعاد تدويرها أيضًا. 
• 25%من الفولاذ (غلافها) يكون البطارية، وهي قابلة لإعادة التدوير بنسبة 100% حتى يمكن إعادة الاستخدام.
• 60% مزيجٍ من مواد يُعاد تدويرها واستخدامها لصناعة الأسمدة الخاصّة بزراعة الذّرة، وهي الزنك والمنغنيز والبوتاسيوم. 

وظيفة البطارية في الدائرة الكهربائية

حتي نستطيع أن ندرك كيف تعمل البطارية داخل الدائرة الكهربية؛ علينا أن نبسط ذلك بمثال لدائرة كهربية مثل المصباح الكهربي الذي إذا وضعت به البطارية فإن المصباح يضيء وذلك لأنك قمت بإكمال الدائرة الكهربية.

وظيفة البطارية في الدائرة الكهربائية

في ضوء عمل البطارية داخل دائرتها الكهربية نجد أن جميع مكونات البطارية تعمل حتى ينير المصباح، وذلك لما تحتوي عليه البطارية من أقطاب كهربية تحتوي على ذرات من مواد موصلة معينة. ونجد غالبا ما تكون المادة المكونة للأنود هي الزنك. والمواد المكونة للكاثود هي ثاني أكسيد المنغنيز، بالإضافة لما يحتوي عليه الكهرب من أيونات أو جسيمات مشحونة كهربيا. يحدث اتحاد بين هذه الأيونات مع مكوّنات الأقطاب وتعمل على حدوث تفاعلات كهروكيميائية بينها.

أنواع البطاريات

تختلف البطاريات عن غيرها لاختلاف الكثير من الخصائص مثل التركيب الكيميائي والجهد والحجم والسعة والتيار، وغيرها من الخصائص مثل الشكل وحالات الاستخدام على الرغم من أن جميعها تعمل بنفس المبدأ السابق؛ لذلك تختلف استخداماتها عن بعضها من البطاريات. وبشكل عام تنقسم البطاريات إلى نوعين رئيسين:

• البطاريات الأولية: سميت هذه البطاريات بهذا الاسم لأنها غير قابلة لإعادة الشحن، فهي بمجرد تفريغها من الشحن لا يعاد شحنها مرة أخرى؛ وذلك لأنها مصنوعة من خلايا كهروكيميائية لا يمكن عكس تفاعلها الكهروكيميائي. وتتباين في أنواعها بداية من الخلايا المعدنية حتى بطاريات AA. طاقتها محدودة. يكثر استخدامها في الأجهزة التي تستخدم طاقة منخفضة والحالات التي يكون فيها الشحن غير مفيد مثل الأجهزة العسكرية وساعات اليد وأجهزة التحكم عن بعدٍ وألعاب الأطفال وغيرها التي تعمل بهذه البطاريات.
• البطاريات الثانوية: سميت بهذا الاسم لأنها تتميز بأنها قابلة لإعادة الشحن، حيث يمكن إعادة شحنها بعد تفريغها بالكامل. تتميز خلاياها الكهروكيميائية بقدرتها على عكس تفاعلاتها الكيميائية بتطبيق جهدٍ معينٍ على البطارية في الاتجاه المعاكس. تختلف استخداماتها باختلاف حجمها منها الصغيرة التي توجد داخل الهواتف المحمولة وغيرها والثقيلة غالية الثمن التي تستخدم داخل السيارات الكهربائية. وهي أكثر فاعلية عن البطاريات الأولية وتتميز بقدرتها على إعادة الشحن لكنها غالية الثمن. وتتنوع الأنواع الصغيرة التي تندرج تحت البطاريات الثانوية والتي تحدد حسب عمرها الافتراضي وسعرها وغير ذلك من العوامل. ولدينا منها ما يأتي:
  • ليثيوم أيون Li-ion.
  • بطاريات حمض الرصاص.
  • نيكل ميتال هيدريد (نيكل – هيدريد فلز) Ni-MH.4.
  • النيكل – كادميوم NI-Cd.