كيف تولد البطارية التيار الكهربائي؟
البطارية عبارة عن جهاز يُخزِّن الطاقة الكيميائية ويحوِّلها إلى كهرباء، والمعروفة باسم الكيمياء الكهربية، أمّا النظام هو الذي يقوم دعم البطارية يسمَّى بالخلية الكهروكيميائية.
وعادةً ما تتكون البطارية من خلية كهروكيميائية واحدة أو عدّة خلايا، وتتكون كل خلية كهروكيميائية من قطبين مفصولين بواسطة إلكتروليت، حيث يتم إنتاج الإلكترونات التي يؤدي تدفقها إلى توليد التيار الكهربائي، عن طريق تفاعلٍ كيميائي يحدث عند أحد الأقطاب ثم تتدفق إلى القطب الآخر حيث يتم استخدامها.
البطارية ومكوّناتها
الخلية هي وحدة الطّاقة الأساسية داخل البطارية، وتتكون الخلية من ثلاث مكونات رئيسية، وهي القطبان الكهربائيان أو أطراف كهربائية، بحيث يكون الطرف الأول عبارة عن المصعد، وهو الذي يحدث عنده تفاعل التأكسد داخل الخلية الكهربائية، بينما الطّرف الآخر هو عبارة عن المهبط وهو الذي يحدث عنده تفاعل الاختزال، أمّا المكون الثالث فهو مادة كيميائية (الإلكتروليت) والتي تفصل بين القطب السالب والموجب، وهي عبارة عن محفِّزٍ كيميائي على شكل معجون سائل أو لزج يُستخدَم بين الأقطاب الكهربائية لجعل البطارية مُوصلةً للكهرباء.
ولسلامة المستخدم، يتمّ تغليف هذه المكونات داخل غلاف خارجي بلاستيكي أو معدني، ويتم تمييز الأقطاب عادةً تم بعلامة موجب للقطب الموجب، وسالب للقطب السالب، حيث تكون هذه الأقطاب من الخارج متصلة بالأقطاب الكهربائية الموجودة بالداخل.
كيف يتولد التيار الكهربائي داخل البطارية؟
مراحل توليد التيار الكهربائي داخل البطارية:
يتم توصيل القطبين المختلفين على المصعد والمهبط بالبطارية على الأطراف المُخالِفة لكل منهما، مما يسمح بحدوث تفاعل كيميائي بين المعادن والمادة الكهربائية، وبالتالي إطلاق المزيد من الإلكترونات من خلال معدن أكثر من الآخر.
تنشأ شحنة موجبة في المعدن الذي يستقبل كمية أكبر من الإلكترونات، ثم تتشكَّل شحنة سالبة على القطب الآخر، بعد ذلك، عندما يتم ربط دائرة خارجية أو سلك، على طرفي البطارية سيحدث تدفقٌ للإلكترونات عبر السلك، مما يؤدي إلى موازنة الشحنة الكهربائية وإنتاج تيارٍ كهربائي.
الخطوة النهائية هي ربط ما يُسمَّى بالحِمل الكهربائي، وهو أيّ جهازٍ يحتاج إلى كهرباء للعمل،مثل المصباح، فعندما يتم وضع البطاريات في المصباح اليدوي، ثم تشغيل المصباح، تنشأ دائرة كهربائية، كما وتربط هذه الدائرة المصباح الكهربائي الخاص بها بالسلك، مما يسمح للطاقة الكهربائية بالتدفق عبر المصباح والسلك حيث تمر الإلكترونات عبر القطب السالب للبطارية، ثم عبر السلك، ومنه إلى المصباح الكهربائي، والعودة إلى القطب الموجب للبطارية.
البطاريات القابلة لإعادة الشحن
تغيرت طريقة البطاريات التي يمكن من خلالها استخدام الأجهزة الكهربائية المختلفة، فقد أدت البطاريات القابلة لإعادة الشحن إلى إحداث تحول إضافي في فائدة تلك الأجهزة وعمرها، فعند توصيل بطارية شبه فارغة بمصدر كهرباء خارجي، ثم إعادة إدخال الطاقة إلى البطارية، فإنه يتم عكس التفاعل الكيميائي الذي حدث أثناء هذا التفريغ.
ذلك يعمل على إرسال الأيونات الموجبة المنبعثة من المصعد إلى الإلكتروليت إلى القطب الموجب، والإلكترونات التي أخذها المهبط تعود إلى القطب الموجب، تؤدي عودة كل من الأيونات الموجبة والإلكترونات إلى القطب الموجب إلى تمهيد النظام بحيث يكون النظام جاهزًا للتشغيل مرة أخرى، وبهذه الطريقة والفكرة يتم إعادة شحن البطارية.
