صنع البطارية

البطاريّات

تتعدد الأجهزة العاملة بالبطاريّات من حولنا، وتعتمد مُعظم الأجهِزة الحديثة على البطاريّات، ونظراً لهذه الاحتياجات تتعدد أشكال البطاريّات وتتباين في أحجامها؛ فهناك البطاريّات الصّغيرة كالمستخدمة في ساعات اليد، والبطاريّات متوسطة الحجم كالمستخدمة في المصابيح الكهربائية وساعات الحائط، والبطاريّات الكبيرة كالمُستخدمة في السيّارات والقوارب ومُولِّدات الكهرباء، لكنّها في معظمها تشترك في خاصيّة واحدة وهي تحويل الطاقة الكيميائيّة إلى طاقة كهربائيّة نتيجة حدوث تفاعلات التأكسد والاختزال في الخليّة الكهربائيّة بشكل تلقائي.

مخترع البطاريّة

اخترع الإيطاليّ إليساندرو فولتا (1745م-1827م) أول بطاريّة كهربائيّة عام 1799م، تتألف بطاريّة فولتا من قرص نحاسي وقرص خارصيني بينهما قطعة قماش مُشبعة بمحلولٍ ملحيٍ كإلكتروليت، كانت قوّتها الدّافعة قليلة، فرَكم فولتا مجموعةً مِن هذه الخلايا فحصل على قوّة دافعة كهربائيّة أكبر، وهي التي عُرفت فيما بعد بعمود فولتا.

مبدأ عمل البطاريّة

تتولد الكهرباء من الخليّة الكهربائيّة، التي تتألف من قُطب سالب وقُطب موجب والكَهرل (الإلكتروليت) بينهما، والكَهرل هو مادةٌ كيميائية أو مزيج من الكيماويات السائلة أو المعجونيّة الموصلة للكهرباء. تتَسبب التفاعلات الكيميائيّة داخلَ الخلية الكهربائيّة في سريان الإلكترونات من القُطب السالب عبر الجهاز المُشغَّل إلى القُطب الموجب، يتمّ استخدام البطاريّة كمصدر للكهرباء عن طريق توصيل الجهاز المُستهلِك بقُطبيّ البطارية.

البطاريّات الجافة وكيف تصنع

تتشابه البطاريّات الجافّة في طريقة عملها إلا أنّها تختلف في المواد المُستخدمة في صناعة القُطب الموجب والقُطب السّالب، وتختلف أيضاً في مادة الكَهرل؛ فمن البطاريّات الجافة الأكثر شهرةً البطاريّة التي تُعرف بخليّة لاكلانشيه - نسبةً إلى مخترعها - أو بطاريّة الزنك - كربون، تُصنع هذه البطاريّة من قضيب من الكربون كقُطب موجب، ومن غلاف أو وعاء من الخارصين (الزنك) كقُطب سالب ومعجون من كلوريد الأمونيوم كإلكتروليت بينهما، ويَفصل بين القُطب السّالب والموجب غِشاء رقيقٌ، وتُغلَّف الخليّة من الخارج بطبقةٍ عازلةٍ لحِمايتها من عوامل الجوّ، والقوّة الدافعة الكهربائيّة المُتولِّدة من هذه البطاريّة تكون بمقدار 1.5 فولت.

بدأت الدّول مع نهاية السبعينات من القرن الماضي باستبدال بطاريّة لاكلانشيه ببطاريّة أخرى تدوم لمدّةٍ أطول، وتعمل بكفاءةٍ أقوى في درجات الحرارة المرتفعة وهي بطاريّة القلوي- منغنيز. اخترع الأمريكي لويس أوري المولود عام 1949م بطاريّة القلوي - منغنيز، وهي أكثر البطاريّات الأولية شيوعاً في الوقت الحالي.

تُشكّل بطارية القلوي- منغنيز حالياً حوالي 80 بالمئة من البطاريّات الأوليّة المصنّعة في الولايات المتّحدة الأمريكيّة، وتمتاز بعدم تسرِّب السائل داخلها عند نفاد قدرتها وبأنها تدوم لمدة أطولَ نسبياً عند الاستخدام، إلّا أنّها أغلى ثمناً من بطارية الكربون- زنك. تُصنع بطاريّة القلوي- منغنيز من قُطب سالب من الزنك (الخارصين) وقُطب موجب من ثاني أكسيد المنغنيز، وتَحتوي على كهرلٍ قلويّ من هيدروكسيد البوتاسيوم ولذلك سُمّيت بالبطاريّة القلويّة.

البطاريّة الأوليّة والبطاريّة الثانويّة

تُعدّ بطاريّة الزنك -كربون- والبطاريّة القلويّة من البطاريّات غير القابلة للشّحن مرّةً أخرى وتُعرف باسم البطاريّة الأوليّة ؛ أي إنّ طاقة التفاعل الكيميائيّة تنتج طاقةً كهربائيّة مكافئة حتى تُستنفذ، ولا يمكن إعادة شحنها وتُستخدم لمرةٍ واحدةٍ فقط ثم يتمُّ التّخلُّص منها، وهناك نوع آخر من البطاريّات يُعرف باسم البطاريّات الثانويّة التّي يمكن إعادة شحنها.

البطاريّات الثانويّة يُمكن استعمالها لأكثر من مرةٍ عن طريق إعادة شحنها بعد التّفريغ، لهذا النوع من البطاريّات عمرٌ محدود، كما أنّ فعاليتها تتناقص مع مرور الوقت. في أثناء التّفريغ تتفاعل المواد الكيميائيّة فتنطلق الطّاقة الكهربائيّة، ويمكن إعادة شَحنها بوَصلها بمصدرٍكهربائيٍّ خارجيٍّ مناسبٍ يعكس التّفاعلات الّتي حدثت في الخليّة.

من الأمثلة على البطاريّات الثانويّة بطاريّة النّيكل - كادميوم، وبطاريّات أيونات اللِّيثيوم الَّتي غالباً ما نجدُها في الهواتف المحمولة والسّيّارات الكهربائيّة وبعض الأجهزة الإلكترونيّة المتطوّرة أو عالية الأداء كالكاميرات الرَقميّة والحواسيب المحمولة، إضافةً إلى بطاريّة السّيّارة أو بطاريّة الرَّصاص.