كيف تعمل البطارية؟ وكيف تخزن الطاقة الكهربائية؟

كيف تعمل البطارية

هل سبق لك أن  قمت بخلط الخل مع صودا الخبز من أجل إنشاء بركان لمشروع معرض في حصة العلوم؟ الفقاعة التي تراها هي نتيجة تفاعل كيميائي. هذا التفاعل مشابه جدًا لكيفية عمل البطاريات. ومع ذلك ، يحدث التفاعل داخل البطارية ، مخفيًا عن الأنظار بواسطة علبة البطارية. هذا التفاعل هو ما يخلق الطاقة الكهربائية التي توفرها البطارية للدوائر.

هناك الكثير من أنواع البطاريات المختلفة ، ولكنها تعمل جميعها بناءً على نفس المفهوم الأساسي بطريقة مماثلة : "البطارية هي جهاز قادر على تخزين الطاقة الكهربائية في شكل طاقة كيميائية ، وتحويل تلك الطاقة إلى كهرباء". "لا يمكنك التقاط وتخزين الكهرباء ، ولكن يمكنك تخزين الطاقة الكهربائية في المواد الكيميائية داخل البطارية."

المكونات الأساسية للبطارية:

تتكون البطارية من 4 مكونات رئيسية:

الأنود Cathode :

(سلبي -) هو مصدر الإلكترونات (e) التي تتدفق عبر الدائرة الخارجية إلى الكاثود نتيجة تفاعل كيميائي ؛ تطلق المادة الأنودية (M) إلكترونًا ينتج عنه أيون موجب (M +) ، يذوب في المنحل بالكهرباء. تصبح البطارية فارغة عندما يتعذر تكوين المزيد من أيونات M +.

الكاثود Anode :

(موجب +)  يقبل الإلكترونات (e) من الدائرة الخارجية ، التي تتفاعل مع الأيونات الموجبة الكاثودية (M +) في المنحل بالكهرباء لزيادة المادة (M) على الكاثود. عندما يتم استنفاد أيونات الكاثود M + من المنحل بالكهرباء ، لن تتمكن البطارية من العمل وتصبح فارغة.

الإلكتروليت Electrolyte :

يحافظ على توازن الأيونات بين جانبي البطارية.

الفاصل Separator :

يوفر حاجزًا بين الأنود والكاثود مع السماح بتبادل الأيونات في المنحل بالكهرباء بين جانبي البطارية للحفاظ على توازن الشحن.

يمكن أن تتغير المواد التي تنشئ الأنود والكاثود والكهارل والفاصل من بطارية الى أخرى.

كيف بدأت فكرة إختراع البطارية؟ وكيف تخزن الطاقة الكهربائية؟

قام العالم فولتا بتجربة حيث قام برص طبقات من الزنك والنحاس متعاقبين على التوالي ، وفصلهما بواسطة قماش منقوع بمحلول ملحي يحتوي على الأملاح المعدنية ، وهذه العملية تسمى الأكسدة والإختزال.

تجربة فولتا

لأن الزنك يتأكسد وبالتالي يفقد الكترون ثم تحدث عملية الإختزال ويتم اكتسابه من طرف الأيونات الموجودة في المحلول ، وتنطلق منه غاز الهيدروجين وعرف فولطا أن التفاعل الكيميائي يتم في المحلول.

ومنذ ذلك الوقت تم تكريم العالم فولطا وتسمية فرق الجهد الكهربائي بإسمه الفولت.

عند وضع مصباح كهربائي أو أية دارة تشتغل بالبطارية وبالتالي يتم إنشاء دائرة كهربائية وينتج عن تفاعل الأكسدة والإرجاع سيل من الإلكترونات .

عملية الأكسدة والإرجاع

على طول هذه السنين قام العلماء بتحسين جودة البطارية ، بالرغم أنه مازال نفس المبدأ التي تعمل عليه البطاريات ، حيث قاموا بتغيير المحلول بخلايا جافة في داخلها عجينة كيميائية.

لكن المشكلة التي كانت تواجه العلماء منذ سنوات هي تأكسد المعدن ونحن نعرف أن كل بطارية لها كمية معينة من هذا المعدن ، وإذا تأكسد كله ستفرغ البطارية.

أصبح في عصرنا هذا هواتف ذكية لها بطاريات قابلة للشحن وتدوم لساعات طويلة ، وذلك عن طريق جعل عملية الأكسدة والإرجاع قابلة للانعكاس ، وبالتالي ترجع الإلكترونات في الاتجاه المعاكس عن طريق وصل الكهرباء أي شحنها.

عندما تقوم بشحن البطارية بواسطة الشاحن فيحدث تفاعل كيميائي ، ليقوم بتجديد المعدن ويوفر المزيد من الإلكترونات المتاحة للأكسدة في المرة التالية عند إستعمال البطارية في الهاتف الذكي ، أو أي أداة أخرى تريد تشغيلها.

عملية شحن البطارية

البطاريات القابلة للشحن لا تدوم طويلا حسب عدد إستعمالات هذه الأخيرة لأنه مع مرور الوقت ينتج شوائب ويحدث تشوه في سطح المعدن ، وبالتالي يمنع من عملية الاكسدة بشكل كامل ، لأن الإلكترونات لا تستطيع السيران في الدائرة وبالتالي تموت البطارية.

انواع البطاريات:

يوجد نوعان

البطاريات الأساسية الغير القابلة لإعادة الشحن ويتم استخدامها حتى نفاد إمدادات الطاقة الخاصة بها. في هذه البطاريات ، لا يمكن عكس الكيمياء في الأنود والكاثود عادةً أي أن عملية الأكسدة والإرجاع غير قابلة للانعكاس

البطاريات الثانوية أو القابلة لإعادة الشحن التي يمكن عكس الكيمياء عند الأنود والكاثود (عملية الأكسدة والإرجاع قابلة للانعكاس). يؤدي شحن هذه البطاريات بتيار كهربائي إلى عكس التفاعلات الكيميائية في الأنود والكاثود التي حدثت أثناء التفريغ.

المدون : بوقرة عبد الوهاب

تعديل المقال