ما هي انواع البطاريات وبماذا تستخدم كلا منها
تعمل البطاريات على تشغيل الكثير من الأشياء التي نستخدمها يوميًا، فهي تعد جزءًا أساسيًا من مكونات أي جهازٍ، وكما نعلم هناك العديد من انواع البطاريات المختلفة ولكل نوعٍ دوره الخاص، إلا أن المفهوم الأساسي الذي تعمل به هو نفسه.
ما هي البطارية
البطارية هي عبارةٌ عن جهازٍ يحول الطاقة الكيميائية الموجودة في مواده النشطة إلى طاقةٍ كهربائيةٍ عن طريق تفاعلات الأكسدة والإرجاع الكهروكيميائية، يتضمن هذا النوع من التفاعل نقل الإلكترونات من مادةٍ إلى أخرى عبر دارةٍ كهربائيةٍ.
في البطارية، تكون الخلية هي الوحدة الكهروكيميائية الفعليّة المستخدمة لتوليد أو تخزين الطاقة الكهربائية، أيّ البطارية عبارةٌ عن خلايا متصلة بعضها على التسلسل أو على التوازي، اعتمادًا على الجهد والقدرة على الإخراج المطلوبة.
انواع البطاريات واستخداماتها
بطارية نيكل-كادميوم NiCad
هي نوعٌ من انواع البطاريات القابلة الشحن، تتكون أقطابها الكهربائية من هيدروكسيد النيكل (NiOOH) في القطب الموجب، والكادميوم (Cd) في القطب السالب، بالنسبة للكهارل، يُستخدم هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH) عادًة، نظرًا لانخفاض مقاومته الداخلية وخصائص التوصيل الجيدة للغاية، وتوفر هذه البطاريات تياراتٍ عاليةً للغاية ويمكن إعادة شحنها بسرعةٍ.
هذه البطاريات قادرةٌ على التكيُّف مع درجات الحرارة التي تصل إلى 20 درجة مئوية تحت الصفر، كما يؤثر اختيار الفاصل (النايلون أو بولي بروبلين) والكهارل (KOH ، LiOH ، NaOH) على ظروف الجهد في حالة التفريغ المرتفع، وعمر الخدمة وقدرة الشحن.
وفي حالة سوء الاستخدام، قد يتولد ضغطٍ عالٍ بسرعةٍ كبيرةٍ، لهذا السبب، تتطلب البطاريات صمام أمانٍ، عمومًا تقدم هذه البطاريات فترة خدمةٍ طويلةٍ، مما يضمن درجةٍ عاليةٍ من التوفير.
- الاستخدامات:
أحد أكثر التطبيقات العمليّة التي تشغّلها انواع البطاريات هذه هي أدوات الطاقة اللاسلكيّة، حيث تتطلب تلك الأدوات كميةً عاليةً من الطاقة طوال فترة الاستخدام، ولا تعمل مع إسقاط الجهد كما تفعل البطارية النموذجية، لكن بفضل بطارية NiCad، فإنها قادرةٌ على العمل بكامل طاقتها طوال فترة الاستخدام، وليس فقط خلال الدقائق القليلة الأولى من التشغيل، كما في بطارية أيون ليثيوم، أو حتى بطارية الرصاص، حيث تعمل فيها الأداة بشكلٍ جيدٍ للغاية في البداية، لكن مع انخفاضٍ ثابتٍ في الطاقة، إلى أن تصل لمرحلةٍ بالكاد تعمل فيها، وذلك سوف يؤدي إلى بقاء الأداوات في الشحن لفترةٍ طويلةٍ، كما يمتاز الشحن في بطاريات NiCad، بالأمان، والسرعة.
بطارية نيكل-هيدريد فلز NiMH
هي نوعٌ آخر من انواع البطاريات القابلة للشحن، تتكون أقطابها من هيدروكسيد النيكل (NiOOH) في القطب الموجب وسبائك فلزية ممتصة للهيدروجين (MH) في القطب السالب، بالإضافة إلى هيدروكسيد البوتاسيوم ككهرل، بالمقارنة مع بطاريات NiCd، تتمتع بطاريات NiMH بكثافةِ طاقةٍ أعلى مع حجمٍ ووزنٍ مناسبَين.
- الاستخدامات:
تلقى بطارية النيكل-هيدريد حاليًا تطبيقًا واسع النطاق في المنتجات الكهربائية والإلكترونية المحمولة، حيث كانت عامل متغير في أداء البطارية، وأحد المواضيع الرئيسية في قرار الشراء.
كان أول اعتمادٍ لبطارية نيكل-هيدريد في سوق الهواتف الخلوية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة، والذي يزداد بشكلٍ كبيرٍ بفضل التخفيضات الكبيرة في الوزن والحجم إلى جانب التحسينات الكبيرة في الأداء، والاعتماد الرئيسي الثاني في سوق أدوات الطاقة فقد شكل وقت التشغيل المديد والطاقة العالية ميزةً مهمةً.
هذه أمثلة على مجموعة المنتجات التي تعمل حاليًا بواسطة بطاريات NiMH: السيارات العاملة بالكهرباء أو الهجينة منها، والأدوات المنزلية، والهواتف والحواسيب المحمولة، والمعدات الكهربائية، ولقد كانت سيطرة بطاريات NiMH الأقوى في المنتجات الإلكترونية والأدوات التي تتطلب أداءً متميزًا.
بطارية أيون الليثيوم Li-ion
وهي أيضًا من انواع البطاريات القابلة الشحن، حيث تعمل الأقطاب السالبة (المصعد) والموجبة (المهبط)، كمضيفين لأيون الليثيوم (Li +)، أثناء التفريغ تنتقل أيونات الليثيوم من المصعد إلى المهبط وتُقحم في فراغات البنية البلورية للمهبط.
تنتقل الأيونات عكس الاتجاه أثناء الشحن، ونظرًا لأن أيونات الليثيوم تنتقل أثناء الشحن أو التفريغ، فلا يوجد أيون ليثيوم حر داخل البطارية.
في بطارية أيون الليثيوم، يتم فصل طبقات المصعد والمهبط من خلال فاصل مسامي، ويتكون الكهرل من مذيبٍ عضويٍّ وملح الليثيوم الذائب.
الاستخدامات:
- ناظم خطى للقلب: تستخدم أجهزة تنظيم ضربات القلب وغيرها من الأجهزة الطبية القابلة للزرع، بطاريات أيون الليثيوم المصممة خصيصًا لذلك، والتي يمكن أن تستمر 15 عامًا أو أكثر قبل أن يصبح الاستبدال ضروريًا.
- الكاميرات الرقمية: تستخدم العديد من الكاميرات الرقمية انواع البطاريات هذه، مما يزيد بشكلٍ كبيرٍ من عدد الصور الفوتوغرافية التي يمكن التقاطها خلال فترة الاستخدام، لكن يجب اتباع توصيات الشركة الصانعة بخصوص استخدام بطارية الليثيوم بدقةٍ، حيث يمكن أن يؤدي الحمل الزائد إلى تلف الجهاز.
- المساعد الرقمي الشخصي (PDAs) والهواتف الذكية: يتم استخدام بطاريات الليثيوم الصغيرة لتشغيل العديد من أجهزة PDAs المستقلة، وكذلك الهواتف الذكية التي تتضمن ميزات الهاتف الخليوي، والمساعد الشخصي الرقمي، والموسيقى والكاميرا.
- الساعات: يعد عمرها الطويل ميزةً جذابةً ومريحةً، فإن العديد من مصنعي الساعات ينتجون الآن ساعات المعصم التي تعمل على بطاريات الليثيوم 3 فولت.
- الأجهزة المتنوعة: تُستخدم بطاريات الليثيوم لتشغيل عددٍ متزايدٍ من الأجهزة، مثل موازين الحرارة وأقفال السيارات عن بُعد ومؤشرات الليزر ومشغلات MP3 وأجهزة السمع والآلات الحاسبة وأنظمة النسخ الاحتياطي للبطارية في أجهزة الكمبيوتر، كما تستخدم ألعاب التحكم عن بعد أيضًا بطاريات الليثيوم، حيث تصمد البطاريات كثيرًا في هذه الألعاب.
بطاريات الرصاص
توفر انواع البطاريات هذه دفعةً قصيرةً من الطاقة العالية لبدء تشغيل المحركات، ولها أدوارٌ أخرى، فهي تمد الطاقة مثل محركات أو الروافع أو المصابيح، وتوفر مستوى طاقةٍ أقل وثابتًا لفترةٍ أطول بكثيرٍ من بطارية التشغيل.
جميع بطاريات الرصاص ذات دوراتٍ عميقةٍ وتوفر طاقة بدء، الفرق الوحيد هو مقدار الطاقة التي يتم توصيلها والوقت الذي تحتاجه للتوصيل.
الاستخدامات: