هل تسمى البطارية أيضًا مصدر طاقة؟ لماذا؟

تُصنَّف البطاريات إلى أشكال أولية وثانوية: • صُممت البطاريات الأولية لاستخدامها حتى نفاد الطاقة ثم التخلص منها. لا يمكن عكس تفاعلاتها الكيميائية عمومًا، لذا لا يمكن إعادة شحنها. عندما تُستنفَد إمدادات المواد المتفاعلة في البطارية، تتوقف البطارية عن إنتاج التيار وتكون عديمة الفائدة. • يمكن إعادة شحن البطاريات الثانوية ؛ أي أنه يمكن عكس تفاعلاتها الكيميائية عن طريق تطبيق على الخلية. يؤدي ذلك إلى تجديد المواد الكيميائية المتفاعلة الأصلية، بحيث يمكن استخدامها وإعادة شحنها واستخدامها مرة أ. تُصنَّف البطاريات إلى أشكال أولية وثانوية: • صُممت البطاريات الأولية لاستخدامها حتى نفاد الطاقة ثم التخلص منها. لا يمكن عكس تفاعلاتها الكيميائية عمومًا، لذا لا يمكن إعادة شحنها. عندما تُستنفَد إمدادات المواد المتفاعلة في البطارية، تتوقف البطارية عن إنتاج التيار وتكون عديمة الفائدة. • يمكن إعادة شحن البطاريات الثانوية ؛ أي أنه يمكن عكس تفاعلاتها الكيميائية عن طريق تطبيق على الخلية. يؤدي ذلك إلى تجديد المواد الكيميائية المتفاعلة الأصلية، بحيث يمكن استخدامها وإعادة شحنها واستخدامها مرة أخرى عدة مرات. استعيدت بعض أنواع البطاريات الأولية المستخدمة، على سبيل المثال، لدوائر ، للعمل عن طريق استبدال الأقطاب الكهربائية. البطاريات الثانوية غير قابلة لإعادة الشحن إلى أجل غير مسمى بسبب تشتت المواد النشطة وفقدان الإلكتروليت والتآكل الداخلي. يمكن أن تنتج البطاريات أو تيارًا فور التجميع. تُستخدم استخداماً شائعاً في الأجهزة المحمولة ذات استنزاف تيار منخفض، أو تُستخدم استخداماً متقطعاً فقط، أو تُستخدم بعيدًا عن مصدر طاقة بديل، كما هو الحال في دوائر الإنذار والاتصالات حيث لا تتوفر الطاقة الكهربائية الأخرى إلا بشكل متقطع. لا يمكن إعادة شحن الخلايا الأولية التي يمكن التخلص منها بشكل موثوق، نظرًا لأن التفاعلات الكيميائية لا يمكن عكسها بسهولة وقد لا تعود المواد الفعالة إلى أشكالها الأصلية. يوصي مصنعو البطاريات بعدم محاولة إعادة شحن الخلايا الأولية. عمومًا، تتمتع هذه البطاريات أعلى من البطاريات القابلة لإعادة الشحن، ولكن البطاريات التي تستخدم لمرة واحدة لا تعمل جيدًا في التطبيقات عالية الاستنزاف مع أقل من 75 (75). تشمل الأنواع الشائعة للبطاريات التي تستخدم لمرة واحدة بطاريات . . البطارية أو الحاشدة أو المُدَّخِرة الكهربائية هي جهاز يتكون من واحدة أو أكثر مع توصيلات خارجية لتشغيل الأجهزة مثل . عندما تقوم البطارية بتزويد ، يكون طرفها الموجب هو هو . الطرف المحدد بالسالب هو مصدر الإلكترونات التي ستتدفق عبر دائرة كهربائية خارجية إلى الطرف الموجب. عندما تُوصَّل بطارية بحمل كهربائي خارجي، فإن تفاعل يحول المواد المتفاعلة عالية الطاقة إلى منتجات منخفضة الطاقة، وتُوصَّل إلى الدائرة الخارجية كطاقة كهربائية. تاريخيًا، يشير مصطلح «البطارية» تحديدًا إلى جهاز مكون من عدة خلايا، ولكن تطور الاستخدام ليشمل أجهزة مكونة من خلية واحدة. تُستخدم البطاريات (التي تُستخدم مرة واحدة أو «التي تستخدم ») مرة واحدة ويتم التخلص منها، وتُغيَّر مواد تغييراً لا رجعة فيه أثناء التفريغ؛ ومن الأمثلة الشائعة على ذلك المستخدمة في المصابيح الكهربائية وعدد كبير من الأجهزة الإلكترونية المحمولة. يمكن تفريغ وإعادة شحنها عدة مرات باستخدام التيار الكهربائي المطبق؛ يمكن استعادة التكوين الأصلي للأقطاب الكهربائية عن طريق التيار العكسي. تشمل الأمثلة المستخدمة في المركبات المستخدمة في الأجهزة الإلكترونية المحمولة مثل والهواتف المحمولة. تأتي البطاريات بأشكال وأحجام عديدة، من الخلايا المصغرة المستخدمة لتشغيل وساعات اليد إلى الخلايا الصغيرة الرقيقة المستخدمة في ، إلى الكبيرة أو الليثيوم أيون في المركبات، وفي أقصى الحالات، توجد بطاريات ضخمة للبطاريات حجم الغرف التي توفر الطاقة الاحتياطية أو الطوارئ لمبادلات الحاسوب. تحتوي البطاريات على طاقة نوعية أقل بكثير (طاقة لكل وحدة كتلة) من الشائعة مثل البنزين. في السيارات، يُعوَّض هذا إلى حد ما من خلال الكفاءة العالية للمحركات الكهربائية في تحويل الطاقة الكهربائية إلى عمل ميكانيكي، مقارنة بمحركات الاحتراق. منذ ما يزيد على 2500 سنة مضت، تمكن العالم الإغریقی «» (نحو 624 - نحو 546 ق.م) من إنتاج ومضات بسيطة عن طريق حك قطعة من القماش ، وهو أصفر يتكون من الميتة منذ فترات زمنية طويلة. لكن الأمر استغرق فترة طويلة من الوقت قبل أن يتمكن الإنسان من تسخير هذه القوة لإنتاج البطاريات الكهربائية، وبالتالي إنتاج من الكهرباء. إلا أن عالم الآثار فيلهلم كونج (Wilhelm König) والذي شغل منصب مشرف كان قد أشار في سنة 1940 إلى أن جرة فخارية محفوظة بالمتحف قد تكون أول بطارية معروفة في التاريخ فيما صار يعرف . يعود استخدام مصطلح «البطارية» لوصف مجموعة من الأجهزة الكهربائية إلى ، الذي وصف في عام 1748 عدة غرار (استعار بنجامين فرانكلين مصطلح «البطارية» من الجيش، والذي يشير إلى للأسلحة تعمل معا ). ينى الفيزيائي الإيطالي ووصف أول بطارية كهركيميائية، ، في عام 1800. كانت هذه كومة من ألواح النحاس والزنك، مفصولة بأقراص ورقية مبللة بمحلول ملحي، والتي يمكن أن تنتج تيارًا ثابتًا لفترة طويلة من الزمن. لم يفهم فولتا أن الجهد كان بسبب تفاعلات كيميائية. كان يعتقد أن خلاياه كانت مصدرًا لا ينضب للطاقة، وأن آثار التآكل المرتبطة بها في الأقطاب الكهربائية كانت مجرد إزعاج، وليست نتيجة حتمية لعملها، كما أوضح في عام 1834. نشر (1745-1827م) التفاصيل الخاصة بأول بطارية كهربائية في التاريخ. وقد كانت البطارية الكهربائية التي اخترعها فولتا تنتج الكهرباء عن طريق التفاعل الكيميائي بين بعض المحاليل المعينة المعدنية. جدير بالذكر أن بعض العلماء الآخرين، مثل (1790 - 1845م) قد طور تصمیم فولتا عن طريق استخدام مواد مختلفة في الأقطاب الكهربائية. كما أن البطاريات الكهربائية المستخدمة اليوم تتبع التصميم الأساسي نفسه ولكن مع استخدام مواد حديثة. كانت البطارية الكهربائية التي اخترعها فولتا تتكون من أقراص من أو يُفصَل بينهما عن طريق فواصل مبتلة ب مخفف أو محلول ملحي كانت الكهرباء تتدفق خلال سلك يربط بين القرصين العلوي والسفلى. الجدير بالذكر هنا أن ، وهو وحدة كهربائية سُمِّي على اسم ألساندرو فولتا. مع من أن البطاريات المبكرة كانت ذات قيمة كبيرة للأغراض التجريبية، إلا أن الفولتية في الواقع كانت متذبذبة ولم تستطع توفير تيار كبير لفترة مستدامة. كانت ، التي اخترعها الكيميائي البريطاني في عام 1836، أول مصدر عملي ، وأصبحت معيارًا صناعيًا وشهدت واسع النطاق كمصدر لشبكات . وتتكون من وعاء نحاسي مملوء بمحلول ، والذي كان مغمورًا فيه وعاء غير وقطب كهربائي من الزنك. تستخدم هذه الخلايا الرطبة الشوارد السائلة، والتي تكون عرضة للتسرب والانسكاب إذا تُعامَل معاملة صحيحة. استخدم العديد من الأواني الزجاجية لحمل مكوناتها، مما جعلها هشة ومن المحتمل أن تكون خطرة. جعلت هذه الخصائص الخلايا الرطبة غير مناسبة للأجهزة المحمولة. قرب نهاية القرن التاسع عشر، جعل اختراع بطاريات الخلايا الجافة، التي حلت محل الإلكتروليت السائل معجون، الأجهزة الكهربائية المحمولة عملية. . تبع ذلك طريقة أخرى كان وُصِّلت الكثير من الخلايا معاً حيث كانت كل خلية منها تتكون من زوجين من الكهربائية المصنوعة من معادن مختلفة وذلك لإنتاج قدر أكبر من الجهد الكهربى (الفولت)، وبالتالي تیار كهربائي بكمية أكبر. وتتكون الخلية «الفولتية» الشهيرة من أقطاب كهربائية مصنوعة من النحاس والزنك مغموسة في حمض مخفف. وقد تمكن المخترع الإنجليزي «کروکشانك» من اختراع بطارية «الحوض» الكهربائية هذه في عام 1800م. الألواح المعدنية بحيث يكون ظهر كل منها للآخر، ثم تُثبَّت في فتحات صغيرة ضيقة في صندوق خشبي، ثم يملأ الصندوق بعد ذلك بحمض مخفف أو محلول من . . تُحوِّل البطاريات مباشرة إلى . في كثير من الحالات، تكون الطاقة الكهربائية المنبعثة هي الاختلاف في طاقة التماسك أو طاقات الرابطة للمعادن أو الأكاسيد أو الجزيئات التي تخضع للتفاعل الكهركيميائي. على سبيل المثال، يمكن تخزين الطاقة في Zn أو Li، وهي معادن عالية الطاقة لأنها غير مستقرة عن طريق الترابط الإلكترون D، على عكس . تم تصميم البطاريات بحيث لا يمكن أن يحدث تفاعل المناسب بقوة إلا إذا تحركت الإلكترونات عبر الجزء الخارجي من الدائرة. تتكون البطارية من عدد من . تتكون كل خلية من نصفيتين متصلتين في سلسلة بواسطة موصل يحتوي على كاتيونات معدنية. تشتمل نصف الخلية على إلكتروليت وقطب سالب، وهو القطب الذي تهاجر إليه (أيونات سالبة الشحنة)؛ تشتمل نصف الخلية الأخرى على الإلكتروليت والقطب الموجب، حيث تهاجر إليها ( موجبة الشحنة). تُقلَّل الكاتيونات (تُضاف الإلكترونات) عند المهبط، بينما تتأكسد ذرات المعدن (تُزال الإلكترونات) عند القطب الموجب. تستخدم بعض الخلايا إلكتروليتات مختلفة لكل نصف خلية؛ ثم يُستخدم فاصل لمنع اختلاط الإلكتروليت مع السماح للأيونات بالتدفق بين أنصاف الخلايا لإكمال الدائرة الكهربائية. كل نصف خلية لها (emf، تقاس بالفولت) بالنسبة . صافي emf للخلية هو الفرق بين emfs لخلايا نصفها. وهكذا، إذا كانت الأقطاب الكهربائية لديها emfs و ، ثم صافي emf هو ؛ وبعبارة أخرى، فإن صافي emf هو الفرق بين . القوة الدافعة الكهربائية أو يُعرف عبر أطراف الخلية بالجهد الطرفي (الفرق) ويقاس . يُطلق على الجهد الطرفي لخلية لا تشحن ولا تفريغ ويساوي emf للخلية. بسبب المقاومة الداخلية، الجهد الطرفي للخلية التي تُفرَّغ يكون أصغر في الحجم من جهد الدائرة المفتوحة والجهد النهائي للخلية التي تُشحَن يتجاوز جهد الدائرة المفتوحة. تتمتع الخلية المثالية بمقاومة داخلية ضئيلة، لذا فهي تحافظ على جهد طرفي ثابت حتى ينفد، ثم ينخفض إلى الصفر. إذا حافظت هذه الخلية على 1.5 فولت وأنتجت شحنة مقدارها واحد، فعند التفريغ الكامل، كانت ستؤدي 1.5 من العمل. في الخلايا الفعلية، تزداد المقاومة الداخلية تحت التفريغ وينخفض جهد الدائرة المفتوحة أيضًا تحت التفريغ. إذا تم رسم الجهد والمقاومة مقابل الوقت، فعادة ما تكون الرسوم البيانية الناتجة منحنى؛ يختلف شكل المنحنى وفقًا للكيمياء والترتيب الداخلي المستخدم. يعتمد المتطور عبر أطراف الخلية على إطلاق الطاقة للتفاعلات الكيميائية للأقطاب الكهربائية والإلكتروليت. تمتلك الخلايا كيميائية مختلفة، ولكن تقريبًا نفس emf البالغ 1.5 فولت؛ وبالمثل، فإن خلايا لها كيميائية مختلفة، ولكن القوة الدافعة الكهربائية نفسها تقريبًا البالغ 1.2 فولت. التغييرات المحتملة الكهركيميائية عالية في ردود الفعل من المركبات تعطي خلايا الليثيوم emfs من 3 فولت أو أكثر. سميت هذه الطاقة بالطاقة غير متجددة لأنها غير قابلة للتجديد خلال فترةٍ زمنيةٍ قصيرة، حيث إنها تتجدد من خلال عمليات طبيعية ببطء شديد للغاية، وقد لا تتجدد، وعند البدء باستخدامها تبدأ بالتناقص تدريجياً.