ماذا تعرف عن البطاريات؟

معلومات وتساؤلات في علم الفيزياء، من أحدها ما هي مكونات البطارية وكيف آلية عملها؟

— الخلايا والبطاريات :-

تتكون أي خلية كهربائية (بطارية) من قطبين (موصلين للكهرباء في حالة الصلابة) و مادة الكتروليتية (محلول مائي موصل للكهرباء).

و البطارية التي نستعملها لأغراض متعددة يكون الإلكتروليت فيها عادة عجينة رطبة، و تكون الأقطاب معدنية أو يكون أحدهما من معدن و الآخر من الجرافيت. المهبط عندئذ هو القطب الموجب بينما المصعد هو القطب السالب، و تنتقل الالكترونات في الدائرة الخارجية من المصعد إلى المهبط منتجة الكهرباء عند اكتمال توصيل هذه الدائرة، وهناك ثلاثة أنواع من هذه البطاريات هي:

1) الخلايا الأولية :

· وهى أنظمة تختزن الطاقة فى صورة كيميائية والتى يمكن تحويلها عند اللزوم إلى طاقة كهربائية من خلال تفاعل أكسدة واختزال تلقائي غير انعكاسي وتتوقف عن العمل عندما تستهلك مادة المصعد وتنضب أيونات المهبط.

·لا يسهل (عملياً أو اقتصادياً) بل ربما يستحيل إعادة شحنها:

العمود الجاف كمثال عليها 🔋. المتكون من :

(1) وعاء من الخارصين (أنود) قطب سالب.

(2) عمود من الكربون (كاثود)

(3) إلكتروليت: عجينة رطبة من ثانى أكسيد المنجنيز (مادة مؤكسدة) وكلوريد أمونيوم وكربون مجزأ (يحيط بالكربون).
عجينه بيضاء من كلوريد خارصين وكلوريد أمونيوم.

2- الخلايا الثانوية:-

هي خلايا غلفانية، تتميز بأن تفاعلاتها انعكاسية (أى يمكن شحنها) تختزن الطاقة الكهربائية على هيئة طاقة كيميائية والتى يمكن تحويلها إلى طاقة كهربائية عند اللزوم، يمكن إعادة شحنها.

بطارية الهاتف كمقال عليها. و تتكون بالأساس من معدن الليثوم.

3- خلايا الوقود :-

في عام 1839 اختراع خلايا الوقود الهيدروجينية في إنجلترا وليام روبرت جروف، لعدم جدوى استخدامه في تلك الفترة ظل لأكثر من 130 سنة تقريبا مجمدا، وعادت للحياة في عقد الستينيات، وذلك عندما طورت شركة «جنرال إليكتريك» خلايا تعمل على توليد الطاقة الكهربائية اللازمة لإطلاق سفينتي الفضاء الشهيرتين «أبوللو» و«جيمني»، بالإضافة إلى توفير مياه نقية صالحة للشرب. من الممكن أن نعقد مقارنة بين تقنية خلايا الوقود الهيدروجينية وبطارية السيارة، من حيث فكرة دمج عنصري الهيدروجين والأكسيجين لإنتاج الكهرباء، لكن في حين أن البطاريات تتولى تخزين الوقود والعامل المؤكسد بداخلها مما يستوجب إعادة شحنها من حين لآخر، فإن خلايا الوقود تعمل بصفة مستمرة لأن وقودها والأكسجين يأتيان من مصادر خارجية، كما أن خلايا الوقود في حد ذاتها ليست سوى رقائق مسطحة تنتج كل واحدة منها فولطاً كهربائياً واحداً، وهذا يعني أنه كلما زاد عدد الرقائق المستخدمة كلما زادت قوة الجهد الكهربائي.

مبدأ عمل خلايا الوقود :

1. ينساب الوقود الهيدروجيني على صفيحة المصعد، في الوقت الذي ينساب فيه الأوكسجين على الصفيحة المقابلة و هي المهبط.

2. يسبب غشاء الفصل ( catalyst ) و الذي يوجد منها عدة أنواع منها ما يصنع من البلاتين انشقاق جزيء الهيدروجين إلى ذرتين تنشق كل منهما إلى أيون موجب، و الكترون سالب.

3. تسمح صفيحة المحلل ( electrolyte ) فقط بمرور الأيونات ( البروتونات ) حاملة الشحنات الموجبة عبرها في حين تمنع مرور الاكترونات ، فتقوم هذه الأخيرة بالحركة عبر دارة وصل خارجية موصولة مع المهبط فتتحرك الالكترونات نحو المهبط فينشأ تيار كهربائي .

4. على المهبط تتحد الأيونات الهيدروجينية الموجبة مع الكتروناتها السالبة و مع الأوكسجين ليتشكل الماء الذي يتدفق خارج الخلية.

#الفيزياء_العملية