ما هي أنواع البطاريات وما هي مواصفاتها
سنتحدث في هذا المقال عن أنواع البطاريات المختلفة والفروق الأساسية بينها وآلية عمل كل نوع.
يمكن أن نقوم بتقسيم جميع البطاريات إلى نوعين أساسيين هما البطاريات الأولية الغير قابلة للشحن، والبطاريات الثانوية القابلة للشحن.
البطاريات الثانوية تكون قابلة لإعادة الشحن، بينما الأساسية تكون ذات استخدام وحيد ولمرة واحدة فقط.
أنواع البطاريات
فيما يلي أشهر أنواع البطاريات ومواصفات كل منها:
البطاريات الأولية (Primary batteries)
هي عبارة عن بطاريات يتم استخدامها لمرة واحدة فقط بدون وجود قدرة على عكس التفاعل الكيميائي الموجود ضمن خلاياها لذلك لا يمكن إعادة شحنها.
لا تقم أبدًا بإعادة شحن بطارية أولية بل يجب أن يتم التخلص منها بأسرع وقت ممكن.
تنقسم البطاريات الأولية للعديد من الأنواع وكلها تنتمي للنوع الجاف، وعلى الرغم من وجود بعض الاختلافات إلا أنها تشترك مع بعضها في مكونات أساسية معينة.
تتضمن كل بطارية قطبين، الأول موجب والثاني سالب، ويتألف كل قطب من أنواع مختلفة من المواد الكيميائية الفعالة.
تنقسم البطاريات الغير قابلة للشحن (الأولية) إلى الأنواع التالية:
- البطاريات القلوية.
- بطاريات أكسيد الفضة.
- بطاريات الكربون-زنك.
- بطارية الزئبق.
- بطاريات الليثيوم الأولية.
البطاريات القلوية أو القاعدية (Alkaline batteries)
تعتبر البطاريات القلوية نوع منتشر، وهي تشبه خلايا الكربون، حيث يتكون القطب السالب من الزنك بشكل أساسي، أما القطب الموجب فهو ثاني أكسيد المنغنيز متضمن في إلكتروليت قلوي (هيدروكسيد البوتاسيوم).
يعمل الإلكتروليت القوي بكفاءة عالية جدًا حتى عندما يتم استخدامه بشكل متواصل، ويعود ذلك إلى المقاومة الداخلية المنخفضة المستوى إضافة إلى الموصلية العالية.
عمومًا تتميز البطاريات القلوية بسعة وجهد عاليي المستوى، وهي مناسبة بشكل كبير للأجهزة عالية الطاقة مثل الكاميرات الرقمية ومصابيح الهالوجين.
غالبًا ما يتم تصنيع البطاريات القلوية بنفس حجم بطارية الزنك كربون، وأكثر حجم منتشر هو حجم البطارية الإسطوانية AAA وAA وC وD ويوجد أحجام أكبر وأصغر.
بطاريات أكسيد الفضة
تتكون هذه البطاريات عادة من قطب سالب يصنع من الزنك وقطب موجب يصنع من إلكتروليت البوتاسيوم وأكسيد الفضة أو حتى هيدروكسيد الصوديوم.
تتوافر على شكل زر صغير ١،٥ فولت وهي مناسبة جدًا للأجهزة المساعدة على السمع والساعات والكاميرات الصغيرة.
بطاريات الكربون زنك
بطارية الكربون-زنك (Carbon-Zinc) هي واحدة من أكثر البطاريات الأولية انتشارًا وشيوعًا.
يصنع القطب السالب من الزنك أو ما يسمى بالخارصين، أما القطب الموجب فهو مصنع من الكربون. تصمم هذه البطارية ضمن عبوة من الخارصين لكي يتم استخدامها وكأنها إناء لمحتويات الخلية إضافة إلى كونها تقوم بدور القطب السالب.
يكون مجمع تيار القطب الموجب هو عمود الكربون الموجود في مركز الخلية، ولكن تكون المادة الفعلية التي يتشكل منها هذا القطب هي خليط من ثاني أكسيد المنغنيز ومسحوق الكربون ويضغط بصورة جيدة حول العمود.
يوجد إلكتروليت ضمن الخلايا على صورة معجون مؤلف من كلوريد الأمونيوم وكلوريد الخارصين وأخيرًا الماء.
بطارية الزئبق
تتكون بطارية الزئبق من قطب موجب مصنع من أكسيد الزئبق وقطب سالب من الخارصين، إضافة إلى إلكتروليت البوتاسيوم أو حتى هيدروكسيد الصوديوم.
في الحقيقة هذا النوع من البطاريات عفا عليه الزمن ولم يعد شائعًا أو حتى مستخدمًا بسبب المخاطر الكبيرة المرتبطة بالتخلص السليم والغير مؤذي من الزئبق.
بطارية الليثيوم الأولية
توفر بطارية الليثيوم الأولية جهد عالي جدًا إضافة إلى عمر تخزين طويل، ويكون وزنها منخفض وصغيرة الحجم نوعًا ما.
تتوفر هذه البطاريات غالبًا على شكل خلايا بحجم العملة المعدنية وهي مناسبة جدًا لتطبيقات الإلكترونيات.
بالنسبة لبطاريات الليثيوم من نوع LiSO2 فهي تحتوي على مذيب سوائل يسمى (ميثيل السيانيد)، في حال تم ثقب الغلاف المحيط بها فيمكن أن تنطلق أبخرة سامة جدًا، ومن هنا أتت أهمية التخلص الآمن من هذه البطاريات.
البطاريات القابلة للشحن (الثانوية)
البطاريات الثانوية هي عبارة عن بطاريات قابلة لإعادة للشحن لأنها مصنعة بطريقة يمكن من خلالها عكس كل التفاعلات الكيميائية إلى اتجاه آخر مضاد.
هذه الميزة تمكن من إعادة شحن البطارية بكفاءة عالية حتى بعد نفاد الطاقة الكهربائية الموجودة فيها.
يتم هذا الأمر من خلال توصيل مصدر تيار كهربائي مستمر بشكل خارجي عبر البطارية.
سنقسم البطاريات القابلة للشحن الى الانواع التالية:
- بطاريات نيكل كادميوم (Ni-Cd).
- بطاريات الليثيوم.
- بطاريات الرصاص الحمضية.
- بطاريات نيكل هيدريد المعدن (Ni-MH).
بطاريات نيكل كادميوم (Ni-Cd)
في بطاريات النيكل كادميوم يكون القطب الموجب مصنع من هيدروكسيد النيكل أما السالب فهو من الكادميوم الأسفنجي.
السائل الإلكتروليتي في هذا النوع من البطاريات هو محلول من البوتاسيوم بنسبة ٢٠٪، وغالبًا ما تصنع الأقطاب من ألواح حديد مطلية بالنيكل مع ثقوب لحمل المادة الفعالة.
الإناء الحاوي لكل ما سبق يصنع من الحديد المطلي بالنيكل، ويمكن أن نلاحظ بشكل واضح أن تركيز هيدروكسيد البوتاسيوم لا يتغير أبدًا خلال التفاعل، إذًا يمكن تقليل حجم السائل وتصغير البطارية.
أخيرًا تمتلك هذه البطاريات كثافة منخفضة نوعًا ما مقارنة ببطاريات الليثيوم آيون وبطاريات النيكل هيدريد.
كما يوجد عيب أساسي فيها هو تأثير الذاكرة الذي يجعلها تقوم بالتفريغ الدوري الكامل.
بطاريات الليثيوم
بطارية الليثيوم (Lithium Batteries) تعتبر النوع الأحدث في تكنولوجيا البطاريات التي تكون قابلة لإعادة الشحن.
سرعان ما أصبح هذا النوع من البطاريات الأكثر شيوعًا وانتشارًا لكل أنواع الإلكترونيات الاستهلاكية وأهمها الكاميرات والهواتف المحمولة.
تتميز بكونها خفيفة الوزن مع معدلات تفريغ عالية جدًا وكثافة طاقة مرتفعة، بالإضافة إلى كونها لا تترافق مع تأثير الذاكرة الذي يؤثر على دورة التفريغ الكامل.
جهد خلية هذه البطارية أعلى من كل البطاريات الأخرى حيث يصل إلى ٣،٠٥ فولت، ولكن مع ذلك هي حساسة بشكل كبير وتتطلب تركيب دوائر حماية خاصة تمنعها من الانفجار.
من المهم أن يتم شحنها بالشاحن الخاص بها لمنع أي آذية قد تحصل.
بطارية الرصاص الحمضية (Lead–acid battery)
هي البطارية ذات النوع الأقدم التي لا تزال تستخدم حتى يومنا هذا على الرغم من انخفاض أدائها الملحوظ مقارنة مع الأنواع الجديدة التي ظهرت بعدها لدرجة أنها ما زالت مهيمنة على الكثير من التطبيقات.
تتكون الخلية من قطب سالب مصنوع من الرصاص الاسفنجي وقطب موجب من أكسيد الرصاص.
المحلول الإلكتروليتي هو حمض الكبريتيك الذي يكون جهد الخلية فيه حوالي ٢،١ فولت.
