كيف تولد البطارية التيار الكهربائي؟
البطارية هي جهاز يخزن الطاقة الكيميائية ويحولها إلى كهرباء، حيث يُعرف هذا باسم الكيمياء الكهربية ، والنظام الذي يدعم البطارية يسمى الخلية الكهروكيميائية، ويمكن أن تتكون البطارية من خلية كهروكيميائية واحدة أو عدة خلايا، كما تتكون كل خلية كهروكيميائية من قطبين مفصولين بواسطة إلكتروليت، ويتم إنتاج الإلكترونات التي يؤدي تدفقها إلى إنتاج التيار الكهربائي، عن طريق تفاعل كيميائي يحدث عند أحد الأقطاب ثم تتدفق إلى القطب الآخر حيث يتم استخدامها، لفهم مبدأ عمل البطارية بشكل صحيح، يجب معرفة مكونات البطارية، ومعرفة مبدأ عمل كل جزء والذي سيتم توضيحه في ما يلي.
مكونات البطارية
تسمى وحدة الطاقة الأساسية داخل البطارية بالخلية، وتتكون من ثلاث مكونات رئيسية، وهي القطبان الكهربائيان أو أطراف كهربائية، الطرف الأول عبارة عن المصعد (Anode)، وهو الذي يحدث عنده تفاعل التأكسد داخل الخلية الكهربائية، والطرف الآخر هو عبارة عن المهبط (Cathode) وهو الذي يحدث عنده تفاعل الاختزال ، أما المكون الثالث فهو مادة كيميائية والتي تسمى الإلكتروليت تفصل بين القطب الموجب والسالب، وهي عبارة عن محفز كيميائي على شكل معجون لزج أو سائل يستخدم بين الأقطاب الكهربائية لجعل البطارية موصلة للكهرباء، ولسلامة المستخدم، عادة ما يتم تغليف هذه المكونات داخل غلاف خارجي معدني أو بلاستيكي، ويتم تمييز الأقطاب عادةً تم بعلامة موجب للقطب الموجب، وسالب للقطب السالب)، حيث تكون هذه الأقطاب من الخارج متصلة بالأقطاب الكهربائية الموجودة بالداخل.
كيف يتولد التيار الكهربائي داخل البطارية
فيما يلي توضيح لمراحل توليد التيار الكهربائي داخل البطارية:
- توصيل القطبين المختلفين على المصعد والمهبط بالبطارية على الأطراف المخالفة لكل منهما، مما يسمح بحدوث تفاعل كيميائي بين المادة الكهربائية والمعادن، مما يسمح بإطلاق المزيد من الإلكترونات من خلال معدن أكثر من الآخر.
- تنشأ شحنة موجبة في المعدن الذي يستقبل كمية أكبر من الإلكترونات، ثم تتشكل شحنة سالبة على القطب الآخر، بعد ذلك، عندما يتم ربط سلك، أو دائرة خارجية، على طرفي البطارية يحدث تدفق الإلكترونات عبر السلك، مما يؤدي إلى موازنة الشحنة الكهربائية وإنتاج تيار كهربائي.
- الخطوة الأخيرة هي ربط ما يسمى بالحِمل الكهربائي، وهو أي جهاز يحتاج إلى كهرباء للعمل، مثل المصباح اليدوي، فعندما يتم وضع البطاريات في المصباح اليدوي، ثم تشغيل المصباح، تنشأ دائرة كهربائية ، كما وتربط هذه الدائرة المصباح الكهربائي الخاص بها بالسلك، مما يسمح للطاقة الكهربائية بالتدفق عبر السلك والمصباح حيث تمر الإلكترونات عبر القطب السالب للبطارية، ثم عبر السلك، ومنه إلى المصباح الكهربائي، والعودة إلى القطب الموجب للبطارية.
البطاريات التي يمكن إعادة شحنها
غيّرت البطاريات الطريقة التي يمكن من خلالها استخدام الأجهزة الكهربائية المختلفة، فقد أدت البطاريات القابلة لإعادة الشحن إلى إحداث تحول إضافي في فائدة تلك الأجهزة وعمرها، فعند القيام بتوصيل بطارية شبه فارغة بمصدر كهرباء خارجي، ثم إعادة إدخال الطاقة إلى البطارية، فإنه يتم عكس التفاعل الكيميائي الذي حدث أثناء التفريغ، هذا يعمل على إرسال الأيونات الموجبة المنبعثة من المصعد إلى الإلكتروليت إلى القطب الموجب، والإلكترونات التي أخذها المهبط تعود أيضًا إلى القطب الموجب، تؤدي عودة كل من الأيونات الموجبة والإلكترونات إلى القطب الموجب إلى تمهيد النظام بحيث يكون جاهزًا للتشغيل مرة أخرى، وبهذه الطريقة يتم إعادة شحن البطارية.
