دراسة أنواع البطاريات واستخداماتها. البطارية عبارة عن مجموعة من عنصر أو أكثر تخضع لتفاعلات كيميائية لتكوين تدفق للإلكترونات في الدائرة، وهناك الكثير من البحث والتطوير في مجال تكنولوجيا البطاريات، ونتيجة لذلك، يتم استخدام التقنيات المتقدمة و تستخدم في جميع أنحاء العالم لتطوير صناعة البطاريات.
الإلمام بأنواع البطاريات واستخدامها
بدأت البطاريات في الظهور بسبب الحاجة إلى تخزين الطاقة الكهربائية المتولدة، ومع توليد كميات كبيرة من الطاقة، كان من المهم تخزين الطاقة بحيث يمكن استخدامها في حالة تعطل الجهاز أو الحاجة إلى تشغيل أجهزة مستقلة يمكنها لا يتم الاحتفاظ بها في موصل من الشبكة، وتجدر الإشارة هنا إلى أنه يمكن تخزين التيار المباشر فقط في البطاريات، ولا يمكن تخزين التيار المتردد.
انظر أيضًا: إيجاد الزوايا والخطوط المتوازية في الرياضيات
مكونات البطارية
تتكون خلايا البطارية عادة من ثلاثة مكونات رئيسية:
- الأنود (القطب السالب).
- القطب السالب (القطب الموجب).
- الشوارد؛
القطب الموجب هو القطب السالب الذي ينتج إلكترونات في الدائرة الخارجية التي تتصل بها البطارية، وعندما يتم توصيل البطاريات، يبدأ تراكم الإلكترونات عند القطب الموجب، مما ينتج عنه فرق جهد بين القطبين.
من الطبيعي أن تحاول الإلكترونات إعادة توزيع نفسها حيث يتم حظرها بواسطة الإلكتروليت، لذلك عندما تكون الدائرة متصلة، فإنها توفر مسارًا مجانيًا للإلكترونات للانتقال من القطب الموجب إلى القطب السالب، وبالتالي تشغيل الدائرة كما هي. متصلا.
أنواع البطاريات واستخدامها
يمكن تقسيم البطاريات عمومًا إلى فئات وأنواع مختلفة تتراوح بين الكيمياء والحجم وعامل الشكل وحالات الاستخدام، ولكن يوجد ضمن كل هذه الأنواع نوعان رئيسيان من البطاريات:
البطاريات الأساسية (الأساسية)
- البطاريات الأولية هي بطاريات لا يمكن شحنها بمجرد تفريغها، وتتكون البطاريات الأولية من خلايا كهروكيميائية لا يمكن عكس تفاعلها الكهروكيميائي.
- تأتي البطاريات الأولية بأشكال عديدة، من الخلايا المعدنية إلى بطاريات AA. غالبًا ما يتم استخدامها في تطبيقات قائمة بذاتها حيث تكون إعادة الشحن غير عملية أو مستحيلة، ومن الأمثلة الجيدة على ذلك المعدات العسكرية والتي تعمل بالبطاريات.
- تتمتع البطاريات الأساسية دائمًا بسعة محددة عالية، والأنظمة التي تُستخدم فيها مصممة دائمًا للطاقة المنخفضة، بحيث تدوم البطارية لأطول فترة ممكنة.
- بعض الأمثلة الأخرى للأجهزة التي تستخدم البطاريات الأساسية تشمل: ساعات اليد وأجهزة التحكم عن بعد والألعاب على سبيل المثال لا الحصر.
البطاريات القلوية
- أكثر أنواع البطاريات الأولية شيوعًا هي البطاريات القلوية لأنها تحتوي على طاقة نوعية عالية، وهي صديقة للبيئة وفعالة من حيث التكلفة ولا تتسرب حتى عند تفريغها تمامًا.
- يمكن تخزينها لعدة سنوات، ولها سجل سلامة جيد ويمكن نقلها بالطائرة دون الحاجة إلى الامتثال لأنظمة النقل للأمم المتحدة وغيرها من اللوائح.
- العيب الوحيد للبطاريات القلوية هو تيار الحمل المنخفض، مما يحد من استخدامها للأجهزة ذات المتطلبات الحالية المنخفضة، مثل أجهزة التحكم عن بعد، والمصابيح اليدوية، وأجهزة الترفيه المحمولة.
شاهد أيضاً: البحث عن فن الذوق الجمالي
البطاريات الثانوية
- البطاريات الثانوية هي بطاريات تحتوي على خلايا كهروكيميائية يمكن عكس تفاعلاتها الكيميائية من خلال تطبيق جهد معين على البطارية في الاتجاه المعاكس.
- يمكن إعادة شحن الخلايا الثانوية، التي تسمى أيضًا البطاريات القابلة لإعادة الشحن، على عكس الخلايا الأولية بعد نفاد طاقة البطارية.
- تُستخدم عادةً في التطبيقات عالية الطاقة وغيرها من المواقف التي تكون فيها البطاريات أحادية الشحن باهظة الثمن أو غير عملية.
- تُستخدم البطاريات الثانوية منخفضة السعة لتشغيل الأجهزة الإلكترونية المحمولة مثل الهواتف المحمولة والأدوات والأجهزة الأخرى، بينما تُستخدم البطاريات الشاقة لتشغيل العديد من المركبات الكهربائية وغيرها من التطبيقات عالية الطاقة مثل موازنة الحمل في توليد الطاقة.
- يمكن تصنيف البطاريات الثانوية إلى عدة أنواع أخرى بناءً على كيميائها، وهذا مهم لأن الكيمياء تحدد بعض خصائص البطارية، بما في ذلك الطاقة المحددة، والعمر الافتراضي، والعمر الافتراضي، والسعر، على سبيل المثال لا الحصر.
أنواع البطاريات الثانوية
بطاريات النيكل والكادميوم
- تعد بطارية النيكل والكادميوم (بطارية النيكل والكادميوم أو بطارية النيكل والكادميوم) نوعًا من البطاريات المصممة باستخدام هيدروكسيد أكسيد النيكل.
- تعتبر بطاريات Ni-Cd ممتازة في الحفاظ على الجهد الكهربائي والاحتفاظ بالشحن عندما لا تكون قيد الاستخدام، ومع ذلك، تقع بطاريات Ni-Cd بسهولة ضحية لتأثير “الذاكرة” المخيف، حيث يتم إعادة شحن بطارية مشحونة جزئيًا، مما يقلل من قدرة البطارية المستقبلية.
- بالمقارنة مع الأنواع الأخرى من خلايا البطاريات، توفر بطاريات النيكل والكادميوم عمرًا وأداءًا جيدًا في درجات حرارة منخفضة بسعة كافية، ولكن الميزة الأكثر أهمية ستكون قدرتها على توفير السعة الكاملة المقدرة بمعدلات تفريغ عالية.
- وهي متوفرة في مجموعة متنوعة من الأحجام، بما في ذلك تلك المستخدمة في البطاريات القلوية، وتستخدم العبوات الأصغر في الأجهزة المحمولة والإلكترونيات والألعاب، بينما تجد الوحدات الأكبر تطبيقات في بطاريات بدء تشغيل الطائرات والمركبات الكهربائية وإمدادات الطاقة الاحتياطية.
بطاريات هيدريد من النيكل والمعدن
- هيدريد معدن النيكل (Ni-MH) هو نوع آخر من الكيمياء المستخدمة في البطاريات القابلة لإعادة الشحن، والتفاعل الكيميائي عند الأنود مشابه للتفاعل الكيميائي لخلية النيكل والكادميوم.
- يستخدم كلا النوعين من البطاريات نفس هيدروكسيد أكسيد النيكل (NiOOH)، إلا أن الأقطاب السالبة في هيدريد معدن النيكل مصنوعة من سبيكة ماصة للهيدروجين بدلاً من الكادميوم المستخدم في بطاريات النيكل.
- تُستخدم بطاريات NiMH في الأجهزة ذات الاستهلاك العالي للطاقة نظرًا لقدرتها العالية وكثافة الطاقة. يمكن أن تحتوي بطارية NiMH على ضعفين إلى ثلاثة أضعاف سعة بطارية NiCd من نفس الحجم، ويمكن أن تقترب كثافة الطاقة من بطارية Li-ion.
بطاريات ليثيوم أيون
- تعد بطاريات الليثيوم أيون واحدة من أكثر أنواع البطاريات القابلة لإعادة الشحن شيوعًا وقد تم العثور عليها في مجموعة متنوعة من الأجهزة المحمولة، بما في ذلك الهواتف المحمولة والأجهزة الذكية والعديد من الأجهزة الأخرى التي تعمل بالبطاريات المستخدمة في الحياة اليومية. كما تم استخدامها في الفضاء والتطبيقات العسكرية بسبب طبيعتها خفيفة الوزن.
- بطاريات الليثيوم أيون هي نوع من البطاريات تهاجر فيها أيونات الليثيوم من القطب السالب إلى القطب الموجب أثناء التفريغ وتعود إلى القطب السالب أثناء شحن البطارية.
- تستخدم بطاريات الليثيوم أيون مركب الليثيوم كمادة القطب الوحيد، مقارنةً بالليثيوم المعدني المستخدم في بطاريات الليثيوم غير القابلة لإعادة الشحن.
- تتميز بطاريات الليثيوم أيون عمومًا بكثافة طاقة عالية، وتأثير ذاكرة ضئيل أو معدوم، وتفريغ ذاتي أقل مقارنة بأنواع البطاريات الأخرى، وتختلف كيمياءها وأدائها وتكلفتها باختلاف حالات الاستخدام.
- على سبيل المثال، تعتمد بطاريات الليثيوم أيون المستخدمة في الأجهزة الإلكترونية المحمولة على أكسيد الكوبالت الليثيوم (LiCoO2)، والذي يوفر كثافة طاقة عالية ومخاطر أمان منخفضة في حالة حدوث تلف.
- بينما تعتمد بطاريات الليثيوم أيون على فوسفات حديد الليثيوم، والتي توفر كثافة طاقة أقل وأكثر أمانًا، فإن بطاريات الليثيوم أيون تقدم أفضل أداء إلى نسبة الوزن مع بطاريات الليثيوم الكبريت التي توفر أعلى نسبة.
أهم طرق استخدام البطاريات
صناعة البطاريات بأنواعها لها أهداف عديدة أهمها: _
- لا يمكن للسيارة أن تعمل بدون بطاريات، لذا فهي من أهم مكونات السيارة.
- أيضًا، لا يمكن استخدام الهواتف المحمولة والأجهزة الإلكترونية بكافة أنواعها بدون بطارية مشحونة ولهذا السبب يتم استخدامها.
- تستخدم البطاريات في إنتاج السفن التي تحتاج إلى محرك لتشغيلها، والغواصات البحرية.
- هناك أنواع أخرى من البطاريات تُستخدم في ساعات الحائط وساعات اليد.
أنظر أيضا: دراسة العلاقات والوظائف المنطقية والمعكوسة
استنتاج البحث عن أنواع البطاريات واستخداماتها
في نهاية رحلتنا للبحث عن أنواع البطاريات وتطبيقاتها، نلاحظ أن البطاريات من أهم المواد التي يشيع استخدامها في الحياة، حيث نجد العديد من التطبيقات لها، وهناك أنواع عديدة من البطاريات حسب على استخدامها.