كيف تعمل البطاريات (4)
البطاريات الاساسية
تُستخدم البطاريات الاساسية, والتي تسمى ايضا الاولية (Primary Batteries) او الخلايا غير القابلة لاعادة الشحن في المعدات الكهربائية مثل المصابيح اليدوية ومشغلات الموسيقى واجهزة السمع والساعات ولعب الاطفال واجهزة الاتصال وما الى ذلك. تتميز البطاريات الاساسية بانها سهلة الاستخدام وتحتوي على طاقة بمستوى جيد, كما انها ميسورة التكلفة.
تتراوح احجام البطاريات الاولية بين الحجم الصغير الذي لا يتعدى حجم الازرار, كتلك المستخدمة في الساعات اليدوية, وبين الحجم الكبير الذي يحتوي على طاقة احتياطية. البطاريات الاساسية الاكثر شيوعا هي من نوع AA, AAA, C وكذلك D.
بطاريات قلوية باحجام مختلفة
النوع الاكثر شيوعا في البطاريات الاساسية هي البطاريات القلوية ( Alkaline Battery), والتي تُستخدم في المنتجات الكهربائية مثل الكاميرات ومحركات الاقراص المحمولة ومشغلات الموسيقى واجهزة الراديو والمصابيح اليدوية...الخ.
في السابق تم استخدام البطاريات الجافة زنك- كربون (Zinc- Carbon Battery) على وجه الحصر تقريبا, وهي سلف البطاريات القلوية.
نوع اخر من البطاريات الاولية التي اصبحت شائعة ايضا هي خلايا الزر. وكما يوحي الاسم فان هذه البطاريات مصممة كزر او تتألف من عدة خلايا في البطارية الواحدة. ويُستخدم هذا النوع في الساعات اليدوية والالات الحساب والالعاب الالكترونية واجهزة السمع.
ومن الناحية التاريخية فان الزنك كان شائعا جدا كمادة لصناعة القطب الموجب في البطاريات الاساسية, ويوجد على سبيل المثال في بطاريات زنك- كربون او في بطاريات اكسيد الفضة ( Silver- Zinc Battery). وفي الاونة الاخيرة اصبح الليثيوم اكثر شيوعا في صناعة الاقطاب الموجبة, لانه يحتوي على كثافة اعلى للطاقة. اما في صناعة الاقطاب السالبة فانه يتم استخدام مختلف الاكسايد الفلزية مثل اكسيد المنغنيز والفضة, في حين ان الكهارل تصنع من مواد تتوافق مع الماء.
يبلغ الجهد الكهربائي لبطاريات الزنك حوالي 1.5 فولت ولبطاريات الليثيوم اكثر من 3 فولت. كما ان كثافة الطاقة في البطاريات الاساسية تطورت من حوالي 50 Wh لكل كغم الى اكثر من 500 Wh لكل كغم.
المميزات الرئيسية للبطاريات غير القابلة لاعادة الشحن, اضافة الى الجهد وكثافة الطاقة, هي التكلفة المنخفضة.
كما تعتبر مدة الصلاحية او التفريغ الذاتي مهم ايضا, فغالبا ما يتم ترك البطاريات الاولية داخل الجهاز او تخزينها في مكان اخر لفترات طويلة. وتترواح مدة صلاحية البطارية من سنة الى حوالي عشرين عاما. وحتى خصائص التعامل مع درجات الحرارة تختلف من بطارية لاخرى. فبعضها غالبا ما يتدهور في درجات الحرارة المنخفضة جدا او عند درجات الحرارة المرتفعة, وقد يؤدي ذلك الى تلف خلايا البطارية.
وتختلف ايضا خصائص القدرة والكفاءة بشكل كبير بين انواع البطاريات الاولية. فان قدرة بطاريات النزك ـ الهوائية ( Zinc- Air Battery) منخفضة جدا حتى مع التيار المنخفض لفترة طويلة.
البطاريات الثانوية
حمض الرصاص (PbA) و نيكل - هيدريد الفلز ( NiMH) ونيكل الكادميوم (NiCd) وايون اللليثيوم (Li-ion) هي اكثر انواع البطاريات القابلة لاعادة الشحن, والتي تسمى بالبطاريات الثانوية ( Secondary Batteries). ويتخلف استخدام هذا النوع من البطاريات على نطاق واسع, من تلك البطاريات التي تُستخدم للاجهزة الالكترونية الاستهلاكية الصغيرة والهواتف المحمولة, الى الاستخدامات في المحطات الصناعية الضخمة والمعقدة مثل محطات الطاقة النووية.
فلكي تتمكن الغواصات من العمل تحت الماء تستخدم ايضا البطاريات الثانوية القابلة لاعادة الشحن, والتي لديها ما يصل الى 10 ميغاواط ساعي من الطاقة.
وفي مدينة فيربانكس (Fairbanks) يتم الحديث عن مشروع لتنصيب اكبر بطارية ثانوية في العالم, حيث تم المدينة باكثر من 60 MWh من الطاقة ويمكنها توصيل 46 MW خلال خمس دقائق فقط.
وكما يوحي اسمها فان البطاريات الثانوية تتميز بوجود دورتين, الاولى لتفريغ الطاقة الكهربائية والثانية لاعادة الشحن بالاتجاه المعاكس للتفريغ. وعادة ما تكون هناك عدد محدود من دورات التفريغ والشحن التي تستطيع البطارية تحملها.
وفي نفس الوقت تحتاج البطاريات القابلة لاعادة الشحن الى بعض الصيانة. اذ ان بعض بطاريات الرصاص تحتاج الى اعادة ملأها بالماء بعد وقت معين من الاستخدام. وفي الخلية القابلة للشحن والتي تستخدم الكهرل المائي فان تحلل المياه يمكن ان يُحدِث تفاعلا جانبيا, حيث ان المياه يمكن ان تتفكك الى غاز الاكسجين وغاز الهيدروجين والتي تتبخر خارج الخلية, وبالتالي يجب استبدال هذه المياه. اما الخلايا التي لا تحتاج الى صيانة فانها تستهلك كمية قليلة من المياه او تقوم باعادة تجميع المياه داخل الخلية نفسها.
بطاريات الرصاص لا تزال هي الاكثر شيوعا, واهمها بطاريات السيارات. وتشمل الاستخدامات الشائعة الاخرى لبطاريات الرصاص الاستخدام في الدراجات النارية وبطاريات عربات الشحن والرافعات الشوكية المستخدمة في المخازن والبطاريات الثابتة كمصدر للطاقة الاحتياطية في محطات الطاقة ومحطات الاتصالات ومزود الطاقة اللا منقطعة ( Uuinerruptible power battery; UPS-Battery).
في بعض الدول تم حظر بيع بطاريات النيكل والكادميوم ( NiCd) للاستهلاك المنزلي, في حين ما تزال متاحة للاستخدام في الاغراض الصناعية. شركات التصنيع الرئيسة هي المسؤولة عن جمع واعادة تدوير البطاريات. في حين ان البطاريات المستخدمة في المنازل غالبا ما ينتهي بها المطاف في النفايات والانتشار في البيئة.
كخيار صديق للبيئة تم تطوير بطاريات ( NiMH) والتي تستخدم اليوم على نطاق واسع في الاجهزة الالكترونية الاستهلاكية مثل الادوات اليدوية والات الحلاقة. استخدام اخر رئيسي لهذه البطاريات وهو في السيارات الهجينة.
اما بالنسبة لبطاريات ايون الليثيوم فان انتاجها واستخدامها قد ازداد في الاونة الاخيرة. فقبل عشر سنوات كانت بطاريات NiMH هي الشائعة في الهواتف المحمولة واجهزة الكمبيوتر المحمولة. اما اليوم فان الليثيوم يهمين على الاستخدام في هذه الاجهزة بنسبة 100%. وبفضل محتوى الطاقة العالي فان بطاريات الليثيوم تُستخدم في جميعا الاجهزة الالكترونية الاستهلاكية والهواتف الذكية والاجهزة اللوحية ومعدات الصور وما الى ذلك. يكاد من الصعب اليوم ان نعثر على اجهزة لوحية بدون بطاريات الليثيوم.
في الوقت نفسه تنتظر الشركات الرئيسة المصنعة للبطاريات وتستعد لتحقيق اختراق اخر مع هذه البطاريات واستخدامها في السيارات والمركبات المهجنة. واسلوب هذا الاختراق يعتمد على زيادة صناعة هذه البطاريات بنسبة 15 الى 20 % سنويا مع انخفاض تكلفتها بنسبة 5 الى 10 % سنويا.
للاطلاع على الجزء السابق, تفضل بالضغط هنا
نلتقي في الجزء التالي
ملاحظ: الموضوع مترجم ـ حصريا ـ من اللغة السويدية, وان حقوق الترجمة محفوظة لمنتديات درر العراق فيجب الاشارة لذلك عند النقل او عند اي استخدام اخر.
رد مع اقتباس
المشاركة الأصلية كتبت بواسطة اښڕاڕ اڵڪۅن ☆
