ما هي البطارية الجافة؟
الخلية الجافة هي خلية كهروكيميائية تتكون من إلكتروليتات مثبتة منخفضة الرطوبة على شكل عجينة، مما يمنعها من التسرب ونتيجة لهذا فإنه يمكن نقلها بسهولة.
مبدأ عمل البطارية الجافة
 |
| البطاريات الجافة |
تنتج الطاقة الكهربية نتيجة لتفاعلات كيميائية تتغير معها المواد المستعملة مما وتنتج يستدعى تغييرها لإعادة استخدام الخلية. وتتكون الخلية هنا من قطبين مغمورين فى محلول إلكتروليتي ومثال ذلك خلية لاكلانشيه ( Laclanche cell ) والتي تسمى أيضا الخلية المنجنية (Manganic cell ) حيث تستخدم ثاني أوكسيد المنجنيز، فالقطب الموجب مصنوع من ثاني أوكسيد المنجنيز ( Mn O2)، والقطب السالب مصنوع من الزنك (zn) والمحلول الإلكتروليتى عبارة عن محلول ملح من أملاح النوشادر مثل محلول كلوريد النوشادر بنسبة 20 % ( NH4 CI). وتعطي الخلية جهدا قدره 1.5 فولت ومقاومتها الداخلية بين 0.2 و 0.5 أوم.
ومصدر الطاقة هنا هو في تحويل الزنك إلى أكسيد الزنك، وتتوقف قيمة الطاقة التي تعطيها الخلية بالأمبير ساعة على وزن المواد المستخدمة ( الأقطاب).
والبطارية الجافة عبارة عن حالة من هذا النوع من الخلايا حيث يستبدل السائل الإلكتروليتى بعجينة من محلول كلوريد النوشادر المخلوط بنشارة الخشب والدقيق والخميرة....إلخ. يتسبب الإلكتروليت الموجود بين الأقطاب في شحن أحدها وهو القطب السالب (المهبط) بشحنة سالبة، والآخر ويسمى القطب الموجب (المصعد) بشحنة موجبة. ويساعد الإلكتروليت ف استمرار تعزيز التفاعلات الكيميائية التي تحدث عند القطبين.
أنواع البطاريات الجافة
وبحسب طبيعة الخلية الجافة يمكن تصنيفها إلى خلية أولية أو خلية ثانوية، الخلية الأولية هي خلية غير قابلة لإعادة الاستخدام ولا قابلة لإعادة الشحن بمجرد أن تستهلك التفاعلات الكهروكيميائية جميع الكواشف الكيميائية، فإنها تفشل في إنتاج الكهرباء، بينما يمكن إعادة شحن الخلية الثانوية باستخدام شحنات البطارية لتجديد التفاعلات الكيميائية.
البطاريات الجافة الأولية
هناك أربعة أنواع رئيسة من البطاريات الأولية الجافة هي:
خلية الكربون والخارصين- الزنك Zinc-Carbon Cell
وهي مصممة داخل عبوة معدنية من الخارصين ويغطي فيها معجون إلكتروليت منخفض الرطوبة قضيب الجرافيت أو القطب المعدني وتستخدم العلبة كإناء لمحتويات الخلية ، وفي الوقت نفسه تقوم بعمل القطب السالب، بينما يعمل عمود الكربون الموجود في مركز الخلية، كمجمع تيار للقطب الموجب ، إلا أن المادة الفعلية المكونة للقطب الموجب هي خليط من ثاني أكسيد المنجنيز ومسحوق الكربون، وهذا الخليط مضغوط حول العمود ، ويوجد الإلكتروليت في هذه الخلايا في صورة معجون يتكون من كلوريد الأمونيوم وكلوريد الخارصين والماء.
يفصل القطبان السالب والموجب بشريحة من مادة مسامية مثل الورق أو الكربون التي سبق غمسها في الإلكتروليت. وتسمى هذه الطبقة الرقيقة العازل، وهي تمنع المواد المكونة للأقطاب من الاختلاط معا أو التفاعل في حالة عدم استعمال البطارية، مثل هذا الاختلاط من شأنه أن يؤدي إلى تآكل القطب السالب الخارصيني قبل الأوان، والتقليل من العمر الافتراضي للبطارية.
البطارية القاعدية -القلوية Alkaline Battery
تشبه خلايا الكربون - الخارصين، ففي كليهما نجد نفس المواد المكونة للقطب السالب والقطب الموجب، وتقوم هذه المواد بتفاعلات كيميائية متشابهة؛ إلا أن هذين النوعين من الخلايا الأولية الجافة يختلفان في عديد من النواحي.
تحتوي الخلية القاعدية على قطب سالب من الخارصين يغلب عليه التكوين المسامي الذي يتأكسد بدرجة أسرع من ذلك الموجود في خلية الكربون - الخارصين ، والإلكتروليت في الخلية القاعدية عبارة عن محلول قلوي قوي يحتوي على مركب هيدروكسيد البوتاسيوم KOH ويوصل هذا المركب الكهرباء داخل الخلية بدرجة أكثر فاعلية من محلول كلوريد الأمونيوم، وكلوريد الخارصين في خلية الكربون -الخارصين، وتمكن هذه المواصفات الخلية القاعدية من توليد تيار عال يستمر بكفاءة أعلى من خلية الكربون .
خلية الزئبق Mercury Cell
هي خلايا ذات قطب ساب من الخارصين وقطب موجب من أكسيد الزئبقيك HgO، وتحتوي على إلكتروليت هيدروكسيد البوتاسيوم، ويتحول الخارصين إلى أكسيد الخارصين ، ويتحول أكسيد الزئبقيك إلى زئبق خلال عملية الاستهلاك، كما يتبقى مركب هيد كسيد البوتاسيوم دون تغير.
خلية أكسيد الفضة Silver Oxide Cell
في الوسط الأساسي، يعمل معدن الفضة كدعم خامل في اختزال أكسيد الفضة (Ag2O) وفي أكسدة الزنك.
البطاريات الجافة الثانوية
هناك ثلاثة أنواع رئيسية من البطاريات الأولية الجافة هي:
خلية النيكل والكادميوم Nickel-cadmium Cell
تتكون خلية (NiCd Cell) من الكادميوم كأنود ولوحة نيكل ككاثود، ويعمل الفاصل كعازل بين لوحة الأنود ولوحة الكاثود، ويعمل هيدروكسيد الصوديوم أو هيدروكسيد البوتاسيوم كإلكتروليت.
وهذا النوع من البطاريات الجافة ليست مستخدمة حاليا نظرا لما يسببه الكادميوم من تأثيرات ضارة على البيئة عند التخلص منه
خلية ليثيوم أيون Lithium-ion Cell
هذه هي البطاريات الشائعة المستخدمة حاليًا في أجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة iPods والهواتف المحمولة، وتتكون أقطاب الخلية من الكربون خفيف الوزن والليثيوم.
وتتميز هذه البطاريات بانها بطاريات منخفضة الصيانة، ولا تحتاج إلى ذاكرة لتعزيز عمر البطارية، وهي أقل ضرراً حتى بعد التخلص منها، كما أن التفريغ الذاتي أقل من نصف خلية NiCd.
خلية هيدريد معدن النيكل Nickel-metal Hydride Cell
في خلية هيدريد معدن النيكل، يعمل NIMH كأنود، بينما تعمل السبيكة الممتصة للهيدروجين ككاثود، والكيمياء الكهربائية لبطارية Ni-MH قابلة لإعادة الشحن.
الخلاصة
هناك مجموعة متنوعة من البطاريات الجافة، بعضها يمكن إعادة شحنه (الخلية الجافة الأولية)، والبعض الآخر له مدة صلاحية محدودة (الخلية الجافة الثانوية).
تتميز البطاريات الجافة بالعديد من المزايا مثل سهولة الاستخدام والأمان اثناء النقل فهي صغيرة وخفيفة الوزن.
يجب تخزين البطارية في مكان بارد لأن التفريغ الذاتي للبطارية يتسارع عند درجات الحرارة المرتفعة.
المصادر
? What Is Dry Cell
المناهج السعودية