تعمل البطارية على تخزين الطاقة الكهربائية كطاقة كيميائية، ومن ثم تعمل على تحويل تلك الطافة الكيميائية إلى طاقة كهربائية عند الحاجة لذلك، وبالتالي يمكننا عرض أفضل بحث عن البطاريات واستخدامها ومستقبلها وأنواعها من خلال موقع مخزن.
يبحث الكثيرون عن بحص مفصل عن البطاريات وكيفية عملها وأنواعها، ويمكن التعرف على ذلك من خلال ما يلي:
الفولت هو وحدة قياس فرق الجهد الكهربائي، وقد يعرف الكثيرون أن الفولت استمد تسميته من العالم الإيطالي أليساندرو فولتا، ولكن قد لا يعلم الكثيرون أن الإنجاز الذي قدمه فولتا ليستحق عنه هذا التكريم بتسمية أحد أهم الوحدات الكهربية باسمه هو اختراعه للبطارية الكهربائية.
كان اختراع فولتا للبطارية هو بداية فكرة البطاريات التي سهلت فيما بعد اختراع الأجهزة الكهربائية المتحركة والمحمولة، فما كانت تلك الأجهزة لتوجد اليوم دون وجود البطاريات التي تستمد منها الطاقة دون أسلاك أو دون الثبات بالقرب من مصدر الطاقة الكهربية دون حركة أو بحركة محدودة بطول السلك.
وضع فولتا أساس فكرة البطارية وتم تطويرها من بعده على مر الزمن لتصل إلى ما وصلت إليه اليوم من قدرات قد يستعجب منها البعض عندما يرى حجمها.
كيفية عمل البطاريات
توجد للبطارية طريقة محددة للعمل وأسلوب عمل خاص بها، وبالتالي يمكننا التعرف عليها من خلال ما يلي:
البطاريات الكهربائية هي جهاز صغير يعمل على تخزين الطاقة الكهربائية بداخله في صورة طاقة كيميائية، وعند الحاجة لاستعمالها فإنها تحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية وهو ما يعرف برد الفعل الكهروكيميائي.
تتكون البطاريات من مجموعة من الخلايا القادرة على تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية، وتتوافر البطاريات بأنواع مختلفة حسب القدرة الكهربية والغرض من الاستخدام ونوع المواد المستخدمة في صناعتها.
تتكون البطاريات من مكونات رئيسية ثلاثة وهي: القطب الموجب والقطب السالب والإلكتروليت الذي يفصل بين الطرف الموجب والسالب وهو وسيط كيميائي يسمح بتدفق الشحنة الكهربية بين القطبين السالب والموجب.
تبدأ التفاعلات الكيميائية عند توصيل البطارية بأحد الأجهزة، حيث يبدأ الإلكتروليت في النشاط وتبدأ المواد الكيميائية في التحول إلى مواد أخرى، تتكون الأيونات وهي ذرات مشحونة تحتوي على عدد من الإلكترونات من المواد المكونة للقطبين السالب والموجب وتتفاعل كيميائياً مع الإلكتروليت.
نبدأ الإلكترونات في التحرك بين الطرفين السالب والموجب عبر الدائرة الخارجية للبطارية بما ينقل التيار الكهربي لمستقبلات الكهرباء في الجهاز، وتستمر تلك العملية حتى تمام تآكل الإلكتروليت وعند تلك النقطة يتوفق تدفق الإلكترونات عبر البطارية وينتهي عمرها.
استخدام البطاريات
يتم استخدام البطاريات في العديد من الأجهزة المتنوعة والمختلفة، حيث يتم استخدامها في توليد الكهرباء للأجهزة المتحركة والعمل على تشغيلها من دون أسلاك، ويمكن التعرف على استخدامات البطاريات من خلال الجدول الآتي:
سيارات الاحتراق الداخلي
تستخدم سيارات الاحتراق الداخلي البطاريات لإدارة المحرك وتوليد الكهرباء اللامة للإضاءة ووسائل الترفيه بالسيارة، وتعتمد على بطاريات 12 فولت من نوع بطاريات حمض الرصاص أو بطاريات الليثيوم الجافة.
السيارات الكهربائية
وتعتمد السيارات الكهربائية على البطاريات في كامل عملها، حيث يعمل المحرك وجميع الأجهزة في السيارة بالكهرباء، وتعتبر السيارات الكهربائية هي مستقبل صناعة السيارات لما تحققه من فوائد للبيئة وما تتمي به من كفاءة.
الأجهزة الطبية
تستخدم البطاريات في تشغيل الأجهزة الطبية المساعدة للمرضى مثل سماعات الأذن التي يستخدمها ضعاف السمع وأجهزة فحص السكر التي يستخدمها مرضى السكري.
أجهزة الراديو للاتصالات
تستخدم الشرطة والدفاع المدني ضد الحرائق أجهزة راديو للتواصل بين الأفراد وأداء المهام والإبلاغ عن المشكلات، وتعتمد تلك الأجهزة على البطاريات كمصدر للطاقة.
الهواتف المحمولة
تستخدم الهواتف المحمولة بطاريات الليثيوم القابلة للشحن كمصدر للطاقة تستمد منها الطاقة اللامة للتشغيل وتعمل شركات متخصصة إلى جانب شركات الهواتف المحمولة على تطوير بطاريات الهواتف لتستمر لفترة طول ويتم شحنها في وقت أسرع.
العمليات العسكرية
تستخدم الجيوش حول العالم أجهزة الاتصال التي تعمل بالبطاريات وكذلك نظارات الرؤية الليلية وبعض المعدات الميدانية الأخرى، وبدون البطاريات قد يعود التطور العسكري في العالم إلى الوراء بخطوات كبيرة.
أنواع البطاريات
يوجد نوعين أساسين للبطاريات، ويمكن التعرف عليها وتوضيحهم من خلال ما يلي:
البطاريات الأولية
تتميز بكونها خفيفة الون وسهلة الاستخدام ولا تحتاج إلى أي صيانة حيث يتم التخلص منها عند انتهاء عمرها وشحنتها، وتوجد في أشكال مختلفة أشهرها الأشكال الأسطوانية بأحجام وأقطار مختلفة.
هي بطاريات غير قابلة لإعادة الشحن وهي النوع الأكثر انتشاراً بين البطاريات وتستخدم على نطاق واسع في الساعات وأجهزة التحكم في الأجهزة المنزلية وفي ألعاب الأطفال وغيرها.
البطاريات الثانوية
هي تلك البطاريات التي يمكن شحنها بالعديد من الطرق المختلفة ويوجد لها عدة أنواع ومنها:
بطاريات الليثيوم أيون: وتتمتع تلك البطاريات بعمر أطول من بطاريات الرصاص كما تعطي طاقة عالية.
يتكون القطب الموجب للبطارية من عنصر الليثيوم بينما يتكون القطب السالب من الكربون او الجرافيت.
عند توصيل البطارية بالجهاز تتحرك أيونات الليثيوم من القطب السالب إلى القطب الموجب عبر إلكتروليت غير مائي وغشاء فاصل.
تعتبر بطاريات الليثيوم أحد أكثر أنواع البطاريات الثانوية عمراً وتستخدم في العديد من الأجهزة بأشكال وأحجام مختلفة مثل بطاريات السيارات وبطاريات الهواتف المحمولة وغيرها.
بطاريات الرصاص الحمضية: وهي من أنواع البطاريات الثانوية المنتشرة على نطاق واسع حيث تتميز برخص التكلفة.
تتكون تلك البطارية من قطبين سالب وموجب من يُصنع القطب السالب من الرصاص الإسفنجي المسامي والقطب الموجب من أكسيد الرصاص وتحتوي على محلول إلكتروليتي من حمض الكبريتيك والماء.
تستعمل في السيارات لبدء تشغيل السيارة وتتميز بإمكانية الحصول على تيار عالي جداً منها لفترة قصيرة.
بطاريات النيكل كادميوم: وهي البطاريات التي تستخدم في أجهزة الحاسب المحمولة ومعدات التصوير وغيرها من الأجهزة.
تتكون بطارية النيكل كادميوم من قطب موجب من هيدروكسيد أكسيد النيكل وقطب سالب من الكادميوم وفاصل وإلكتروليت قلوي من هيدروكسيد البوتاسيوم.
تتميز بطاريات النيكل كادميوم بكونها منخفضة التكلفة من حيث السعر ويتم شحنها بسرعة اكبر من باقي البطاريات وتعيش لعمر يصل إلى 1000 دورة شحن وتفريغ أو اكثر دون أن تضعف قدرتها بمرور الوقت.
تاريخ البطاريات
يمكن التعرف على تاريخ اختراع البطاريات منذ قديم الأزل من خلال السطور الآتية:
يرجع تاريخ البطاريات إلى النموذج الأولي للبطارية الذي وضعه العالم الإيطالي أليساندرو فولتا.
ابتكر فولتا بطارية بسيطة عام 1799 من بعض الألواح المعدنية والورق المقوى وكانت تلك بداية العمل على فكرة البطارية.
كانت بطارية فولتا تتكون من ألواح متعددة من النحاس والزنك أو الفضة ويوضع بين كل منها قماش أو ورق مقوى مشبع بمحلول ملحي يعمل باعتباره إلكتروليت، ثم يتم ربط الجزء العلوي بالجزء السفلي من البطارية بأحد الأسلاك للحصول على تيار كهربي مستمر.
يعود الفضل في اختراع البطاريات الكهربائية للعالم الإيطالي أليساندرو فولتا وهو ما استحق عنه التكريم بتسمية وحدة قياس فرق الجهد الكهربي باسم الفولت تكريماً له وتخليداً لاسمه على إنجازه العظيم.
بمرور الوقت تم تطوير الفكرة واستبدال المعادن التي استعملها فولتا بمعادن أخرى أكثر كفاءة وكذلك استخدام الكتروليت مختلف عن المحلول الملحي من المواد الكيميائية المختلفة.
مستقبل البطاريات
يمكننا التعرف على المستقبل الخاص بالبطاريات في الفترة المقبلة من خلال ما يلي:
تعتمد أغلب الأجهزة اليوم بما فيها السيارات الكهربائية على بطاريات الليثيوم والتي تعتبر الأكثر كفاءة بين أنواع البطاريات المختلفة حيث يعتبر الليثيوم أفضل العناصر التي تم استخدامها لتصنيع البطاريات حتى الآن من حيث الكفاءة.
حفز تطور صناعة السيارات الكهربائية في الفترة الأخيرة العديد من الشركات المتخصصة إلى جانب الشركات المنتجة للسيارات لتطوير صناعة البطاريات بما يجعلها أنسب للاستخدام في هذا المجال.
يبحث المطورون للبطاريات في الوقت الحالي عن عناصر بديلة للعناصر المستخدمة حاليا في صناعة البطاريات، ويتم تجربة عناصر من تلك الموجودة في الطبيعة بكثرة.
كما أجريت أبحاث لصناعات بطاريات كهربائية من الماس أو الكربون المشع والتي يُعتقد أنها قادرة على الاستمرار في الشحن والتفريغ لآلاف السنين حيث تعتمد على الكربون المشع الذي يبلغ نصف عمره 5730 سنة مما يعني أننا قد نشهد اختراع بطاريات ينتهي عمر الإنسان قبل أن ينتهي عمرها بآلاف السنين
يبحث العالم عن بديل لليثيوم الذي يتكلف استخراجه من الأرض مليون لتر من الماء لاستخراج 900 كيلو جرام فقط من الليثيوم وهو ما يهدر الثروة المائية.
من البدائل المقترحة لليثيوم هو عنصر الكالسيوم الذي يعتبر خامس أكثر العناصر تواجداً في القشرة الأرضية وتتم الآن أبحاث لاستبدال الكالسيوم بالليثيوم، كما يتم طرح الماغنيسيوم أيضاً كبديل.
تحذيرات عند التعامل مع البطاريات
هناك مجموعة من النصائح والإرشادات التي لا بد من وضعها في عين الاعتبار عند التعامل مع البطاريات، ويمكن التعرف عليها من خلال ما يلي:
لا بد من الحرص على غسل اليدين بالصابون جيداً بعد كل تعامل مع البطارية، وذلك بسبب وجود المواد الكيميائية الضارة التي توجد بها.
الحرص التام على استعمال النظارات الواقية والقناع والقفازات أثناء التعامل معها.
العمل على تهوية المناطق التي يتم فيها شحن البطاريات وذلك لأنها تحتوي على الهيدروجين سريع الاشتعال.
حفظ البطاريات بعيداً عن مسببات الاشتعال.
في حالة فصل بطارية السيارة لا بد من القيام بنزع القطب السالب بالإضافة إلى ربط الجزء الموجب أولاً.
الحرص على عدم إمالة البطاريات السائلة على أي جانب من الجوانب بزاوية أكثر من 45 درجة.
