البطاريات هي أجهزة تخزين الطاقة التي تحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية. يتم استخدامها لتشغيل مجموعة واسعة بدء من الأجهزة الإلكترونية الصغيرة مثل الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة وصولا الى أنظمة الطاقة الكبيرة مثل السيارات الكهربائية والمولدات الاحتياطية. توجد عدة أنواع من البطاريات ، ولكل منها خصائصها واستخداماتها الخاصة. فيما يلي بعض أنواع البطاريات الشائعة:
البطاريات القلوية
هي أكثر أنواع البطاريات شيوعا المستخدمة في الأجهزة المنزلية والأجهزة الإلكترونية. فهي غير مكلفة نسبيا ولها مدة صلاحية طويلة.البطاريات القلوية هي نوع من البطاريات الأساسية التي تستخدم عادة في الأجهزة المنزلية والأجهزة الإلكترونية. يطلق عليهم اسم “قلوي” لأنهم يستخدمون إلكتروليت قلوية ، عادة ما تكون هيدروكسيد البوتاسيوم ، بدلا من الإلكتروليت الحمضي.
تتمتع البطاريات القلوية بعمر افتراضي أطول من العديد من أنواع البطاريات الأخرى ويمكن أن توفر مستوى ثابتا من خرج الطاقة لمجموعة كبيرة من الأجهزة. إنها غير مكلفة نسبيا ومتاحة بشكل كبير، مما يجعلها خيارا شائعا للاستخدام اليومي.
البطاريات القلوية غير قابلة لإعادة الشحن ، لذلك بمجرد نفاد الطاقة ، يجب التخلص منها واستبدالها.بشكل عام ، تعد البطاريات القلوية خيارا موثوقا به وبأسعار معقولة لتشغيل مجموعة كبيرة من الأجهزة المنزلية والإلكترونية ، ولكنها ليست صديقة للبيئة أو فعالة من حيث التكلفة مثل البطاريات القابلة لإعادة الشحن للاستخدام على المدى الطويل.
بطاريات الليثيوم أيون
بطاريات الليثيوم أيون (Li-ion) هي نوع من البطاريات القابلة لإعادة الشحن التي تستخدم بشكل شائع في مجموعة واسعة من الأجهزة الإلكترونية ، بما في ذلك الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والمركبات الكهربائية وحتى بعض الطائرات. يطلق عليها اسم “ليثيوم أيون” لأنها تستخدم أيونات الليثيوم لنقل الطاقة بين أقطاب البطارية.
تتمتع بطاريات الليثيوم بالعديد من المزايا مقارنة بالأنواع الأخرى من البطاريات القابلة لإعادة الشحن ، مثل بطاريات هيدريد معدن النيكل (NiMH) وبطاريات النيكل والكادميوم (NiCd). لديهم كثافة طاقة أعلى ، مما يعني أنه يمكنهم تخزين المزيد من الطاقة بحجم ووزن أصغر. لديهم أيضا معدل تفريغ ذاتي أقل وعمر أطول ، مع القدرة على الشحن والتفريغ مئات أو حتى آلاف المرات.
ومع ذلك ، يوجد لبطاريات الليثوم بعض العيوب أيضا. إنها أغلى من أنواع البطاريات الأخرى ، وتتطلب إجراءات شحن وتفريغ خاصة للحفاظ على عمرها الافتراضي وسلامتها. بطاريات الليثيوم حساسة أيضا لدرجات الحرارة المرتفعة والشحن الزائد ، مما قد يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارتها أو اشتعال النيران بها أو انفجارها.
بطاريات الرصاص الحمضية
بطاريات الرصاص الحمضية هي نوع من البطاريات القابلة لإعادة الشحن والتي تم استخدامها لأكثر من 150 عاما. يتم استخدامها بشكل شائع في مجموعة متنوعة من الأشياء ، مثل السيارات وأنظمة الطاقة الاحتياطية وإمدادات الطاقة غير المنقطعة.
يتكون البناء الأساسي لبطارية الرصاص الحمضية من ألواح الرصاص المغمورة في محلول الإلكتروليت لحمض الكبريتيك. عندما يتم شحن البطارية ، يحدث تفاعل كيميائي يحول ألواح الرصاص إلى كبريتات الرصاص ويطلق غاز الهيدروجين والأكسجين. عندما يتم تفريغ البطارية ، يحدث التفاعل المعاكس ، حيث يتم تحويل كبريتات الرصاص مرة أخرى إلى ألواح الرصاص وإطلاق الكهرباء.
تتمثل إحدى مزايا بطاريات الرصاص الحمضية في أنها غير مكلفة نسبيا مقارنة بأنواع البطاريات الأخرى. كما أنها متينة للغاية ويمكنها تحمل التفريغات العميقة دون أن تتعرض للتلف. ومع ذلك ، فهي ثقيلة وذات كثافة طاقة منخفضة نسبيا مقارنة بأنواع البطاريات الأخرى ، مما يجعلها أقل ملاءمة للأشياء التي يمثل فيها الوزن والمساحة مصدر قلق.
بالإضافة إلى ذلك ، تتطلب بطاريات الرصاص الحمضية صيانة دورية لضمان الوظيفة المناسبة ، بما في ذلك إضافة الماء إلى محلول الإلكتروليت والفحص الدوري لجهد البطارية والجاذبية النوعية. مع مرور الوقت ، قد تتطور الكبريتات أيضا للبطارية ، وهي حالة تتراكم فيها كبريتات الرصاص على ألواح البطارية ، مما يقلل من قدرتها وعمرها.
بطاريات هيدريد معدن النيكل (NiMH)
بطاريات هيدريد معدن النيكل هي نوع من البطاريات القابلة لإعادة الشحن التي تستخدم عادة في الأجهزة الإلكترونية المحمولة مثل الكاميرات الرقمية والمصابيح اليدوية والهواتف اللاسلكية. كما أنها تستخدم في المركبات الهجينة والتطبيقات الأخرى التي تتطلب كثافة طاقة عالية وعمرا طويلا.
يتكون البناء الأساسي لبطارية NiMH من قطب موجب مصنوع من هيدروكسيد النيكل ، وقطب سالب مصنوع من سبيكة ماصة للهيدروجين ، ومحلول إلكتروليت من هيدروكسيد البوتاسيوم. عندما يتم شحن البطارية ، يحدث تفاعل كيميائي يحول هيدروكسيد النيكل إلى أوكسي هيدروكسيد النيكل ويمتص أيونات الهيدروجين في القطب السالب. عندما يتم تفريغ البطارية ، يحدث التفاعل المعاكس ، حيث يتم إطلاق الطاقة المخزنة في شكل كهرباء.
تتمتع بطاريات NiMH بالعديد من المزايا مقارنة بأنواع البطاريات الأخرى. لديهم طاقة أعلى من بطاريات الرصاص الحمضية. كما أنها صديقة للبيئة أكثر من أنواع البطاريات الأخرى لأنها لا تحتوي على معادن ثقيلة سامة مثل الكادميوم أو الزئبق. تتمتع بطاريات NiMH أيضا بعمر دورة طويل نسبيا ، مما يعني أنه يمكن إعادة شحنها وتفريغها عدة مرات قبل الحاجة إلى استبدالها.
يوجد لبطاريات NiMH بعض العيوب. حيث إنها أغلى من بطاريات الرصاص الحمضية ولديها كثافة طاقة أقل من بطاريات الليثيوم أيون ، مما يجعلها أقل ملاءمة للأشياء ذات الطاقة الكبيرة. تتمتع بطاريات NiMH أيضا بمعدل تفريغ ذاتي أعلى من أنواع البطاريات الأخرى ، مما يعني أنها يمكن أن تفقد شحنتها بمرور الوقت إذا لم يتم استخدامها أو شحنها بانتظام. أخيرا ، يمكن أن تعاني بطاريات NiMH من تأثير الذاكرة ، وهي حالة تقل فيها سعة البطارية إذا تم إعادة شحنها بشكل متكرر قبل تفريغها بالكامل.
بطاريات النيكل والكادميوم (NiCad)
تعد هذه البطاريات من البطاريات القابلة لإعادة الشحن التي تم استخدامها لسنوات عديدة في مجموعة واسعة من التطبيقات ، بما في ذلك أدوات الطاقة اللاسلكية والأجهزة الإلكترونية المحمولة وإضاءة الطوارئ.
يتكون البناء الأساسي لبطارية NiCad من قطب موجب مصنوع من هيدروكسيد النيكل ، وقطب سالب مصنوع من الكادميوم ، ومحلول إلكتروليت من هيدروكسيد البوتاسيوم. عندما يتم شحن البطارية ، يحدث تفاعل كيميائي يحول هيدروكسيد النيكل إلى هيدروكسيد النيكل والكادميوم إلى هيدروكسيد الكادميوم. عندما يتم تفريغ البطارية ، يحدث التفاعل المعاكس ، حيث يتم إطلاق الطاقة المخزنة في شكل كهرباء.
تتمتع بطاريات NiCad بالعديد من المزايا مقارنة بأنواع البطاريات الأخرى. تتميز بعمر طويل نسبيا ، مما يعني أنه يمكن إعادة شحنها وتفريغها عدة مرات قبل الحاجة إلى استبدالها. لديها أيضا معدل تفريغ ذاتي منخفض نسبيا ، مما يعني أنه يمكنها الاحتفاظ بشحنتها لفترة طويلة إذا لم يتم استخدامها. يمكن أن توفر بطاريات NiCad أيضا مستويات عالية من التيار ، مما يجعلها مناسبة للأشياء التي تتطلب الكثير من الطاقة.
اما العيوب في بطاريات NiCad. تتمثل في أنها أقل صداقة للبيئة من أنواع البطاريات الأخرى لأنها تحتوي على معادن ثقيلة سامة مثل الكادميوم ، والتي يمكن أن تكون ضارة بالإنسان والبيئة إذا لم يتم التخلص منها بشكل صحيح. تتميز بطاريات NiCad أيضا بكثافة طاقة أقل من أنواع البطاريات الأخرى ، مما يعني أنها يمكن أن تخزن طاقة أقل في حجم أو وزن معين. أخيرا ، يمكن أن تعاني بطاريات NiCad من تأثير الذاكرة أيضا.
هناك أيضا أنواع أخرى من البطاريات مثل بطاريات الزنك الكربونية ، وبطاريات أكسيد الفضة ، وبطاريات الزئبق ، وبطاريات الزنك الهوائية ، ولها استخداماتها الخاصة أيضا.
الختام
أصبحت البطاريات ذات أهمية متزايدة حيث أصبح المجتمع أكثر اعتمادا على الأجهزة الإلكترونية المحمولة ومصادر الطاقة المتجددة. ولكن تؤدي البطاريات أيضا الى مخاطر بيئية وصحية إذا لم يتم التعامل معها بالشكل الصحيح ، وخاصة المواد الكيميائية السامة ونشوب الحريق أو الانفجار. لذلك ، من المهم استخدام البطاريات والتخلص منها بالشكل الصحيح والمطابق للوائح المكتوبة.
