بحث عن انواع البطاريات واستخداماتها

البحث عن أنواع البطاريات واستخداماتها البطارية عبارة عن مجموعة من خلية واحدة أو أكثر تخضع لتفاعلات كيميائية لإنشاء تدفق للإلكترونات داخل دائرة كهربائية، وتعد تقنية البطاريات مجالًا للكثير من البحث والتطوير. نتيجة لذلك، يتم نشر التقنيات المتقدمة واستخدامها في جميع أنحاء العالم لتطوير صناعة البطاريات.

مقدمة عن أنواع البطاريات واستخداماتها

ظهرت البطاريات بسبب الحاجة إلى تخزين الطاقة الكهربائية المتولدة، وبما أنه تم توليد كمية كبيرة من الطاقة، كان من المهم تخزين الطاقة بحيث يمكن استخدامها عندما لا يعمل الجهاز أو عند الحاجة إليه. الأجهزة التي لا يمكن الاحتفاظ بها في الموصل من التيار الكهربائي، وهنا تجدر الإشارة إلى أنه يمكن تخزين التيار المباشر فقط في البطاريات ولا يمكن تخزين التيار المتردد.

انظر أيضًا: إيجاد الزوايا والموازيات في الرياضيات

مكونات البطارية

تتكون خلايا البطارية عادةً من ثلاثة مكونات رئيسية:

• الأنود (القطب السالب).
• القطب السالب (القطب الموجب).
• الشوارد؛

القطب الموجب هو القطب السالب الذي يولد إلكترونات للدائرة الخارجية التي تتصل بها البطارية، وعندما يتم توصيل البطاريات، يبدأ تراكم الإلكترون على القطب الموجب، مما ينتج عنه فرق جهد بين القطبين.

من الطبيعي أن تحاول الإلكترونات إعادة التوزيع حيث يتم حظرها بواسطة الإلكتروليت. لذلك عندما تكون الدائرة متصلة، فإنها توفر للإلكترونات مسارًا مجانيًا من القطب الموجب إلى القطب السالب، وبالتالي تزود الدائرة المتصلة بها بالطاقة.

أنواع البطاريات واستخداماتها

يمكن تقسيم البطاريات عمومًا إلى فئات وأنواع مختلفة تتراوح بين التركيب الكيميائي والحجم وعامل الشكل وحالات الاستخدام، ولكن من بين جميع هذه الأنواع هناك نوعان رئيسيان من البطاريات:

البطاريات الأساسية (الأساسية)

• البطاريات الأولية هي بطاريات لا يمكن إعادة شحنها بمجرد نفادها، وتتكون البطاريات الأولية من خلايا كهروكيميائية لا يمكن عكس تفاعلها الكهروكيميائي.
• تأتي البطاريات الأولية في أشكال متنوعة، من الخلايا المعدنية إلى بطاريات AA. يتم استخدامها بشكل شائع في التطبيقات المستقلة حيث يكون الشحن غير عملي أو مستحيل، ومن الأمثلة الجيدة على ذلك الأجهزة التي تعمل بالبطاريات والعسكرية.
• تتمتع البطاريات الأساسية دائمًا بقدرة عالية محددة، كما أن الأنظمة التي تُستخدم فيها مصممة دائمًا لاستهلاك القليل من الطاقة لإتاحة أطول عمر ممكن للبطارية.
• بعض الأمثلة الأخرى للأجهزة التي تستخدم البطاريات الأساسية هي: ساعات المعصم وأجهزة التحكم عن بعد والألعاب على سبيل المثال لا الحصر.

البطاريات القلوية

• أكثر أنواع البطاريات الأولية شيوعًا هي البطاريات القلوية لأنها تحتوي على طاقة نوعية عالية وهي صديقة للبيئة وغير مكلفة ولن تتسرب حتى عند تفريغها بالكامل.
• يمكن تخزينها لعدة سنوات، ولها سجل سلامة جيد، ويمكن حملها على متن طائرة دون أن تخضع لقواعد النقل للأمم المتحدة وغيرها من اللوائح.
• الجانب السلبي الوحيد للبطاريات القلوية هو معدل الشحن المنخفض، مما يحد من استخدامها للأجهزة منخفضة الاستنزاف مثل أجهزة التحكم عن بعد والمصابيح اليدوية وأجهزة الترفيه المحمولة.

شاهد أيضاً: البحث عن فن الذوق الجمالي

البطاريات الثانوية

• البطاريات الثانوية هي بطاريات تحتوي على خلايا كهروكيميائية يمكن عكس تفاعلاتها الكيميائية عن طريق تطبيق جهد معين عبر البطارية في الاتجاه المعاكس.
• على عكس الخلايا الأولية، يمكن إعادة شحن الخلايا الثانوية، المعروفة أيضًا باسم البطاريات القابلة لإعادة الشحن، بعد استخدام الطاقة الموجودة في البطارية.
• يتم استخدامها عادةً في تطبيقات السحب عالية الطاقة والسيناريوهات الأخرى حيث يكون استخدام البطاريات ذات الشحن الفردي باهظ التكلفة أو غير عملي.
• تُستخدم البطاريات الثانوية ذات السعة الصغيرة لتشغيل الأجهزة الإلكترونية المحمولة مثل الهواتف المحمولة والأدوات والأجهزة الأخرى، بينما تُستخدم البطاريات عالية السعة لتشغيل العديد من المركبات الكهربائية وغيرها من التطبيقات عالية الاستنزاف مثل تسوية الحمل في توليد الطاقة.
• يمكن تصنيف البطاريات الثانوية إلى عدة أنواع أخرى بناءً على كيميائها وهذا أمر مهم للغاية حيث تحدد الكيمياء بعض خصائص البطارية بما في ذلك الطاقة المحددة والعمر الافتراضي والعمر الافتراضي والسعر على سبيل المثال لا الحصر.

أنواع البطاريات الثانوية

بطاريات نيكل كادميوم

• بطارية النيكل والكادميوم (بطارية NiCd أو بطارية NiCad) هي نوع من البطاريات القابلة لإعادة الشحن التي تم تطويرها باستخدام هيدروكسيد أكسيد النيكل.
• تتفوق بطاريات Ni-Cd القابلة لإعادة الشحن في حمل الجهد الكهربي وتحمل الشحن عندما لا تكون قيد الاستخدام. ومع ذلك، فإن بطاريات NI-Cd تقع بسهولة ضحية لتأثير “الذاكرة” المخيف عند إعادة شحن بطارية مشحونة جزئيًا، مما يقلل من سعة البطارية المستقبلية.
• بالمقارنة مع الأنواع الأخرى من الخلايا القابلة لإعادة الشحن، توفر بطاريات Ni-Cd دورة حياة جيدة وأداءًا منخفضًا في درجات الحرارة مع سعة معقولة، ولكن الميزة الأكثر أهمية هي قدرتها على تقديم طاقتها الكاملة المقدرة بمعدلات تفريغ عالية.
• تأتي في مجموعة متنوعة من الأحجام بما في ذلك تلك المستخدمة في البطاريات القلوية، وتستخدم الحقائب الصغيرة في الأجهزة المحمولة والإلكترونيات والألعاب، بينما تجد التطبيقات الأكبر حجمًا تطبيقات في بطاريات بدء تشغيل الطائرات والمركبات الكهربائية وإمدادات الطاقة في حالات الطوارئ.

بطاريات هيدريد معدن النيكل

• هيدريد معدن النيكل (Ni-MH) هو نوع آخر من الكيمياء المستخدمة في البطاريات القابلة لإعادة الشحن، حيث يكون التفاعل الكيميائي عند الأنود مشابهًا لتفاعل خلية النيكل والكادميوم.
• يستخدم كلا نوعي البطاريات نفس هيدروكسيد أكسيد النيكل (NiOOH)، لكن الأقطاب السالبة في هيدريد معدن النيكل تستخدم سبيكة تمتص الهيدروجين، بدلاً من الكادميوم المستخدم في بطاريات النيكل.
• تجد بطاريات NiMH تطبيقًا في الأجهزة عالية الاستنزاف بسبب قدرتها العالية وكثافة الطاقة، ويمكن أن تتمتع بطاريات NiMH بسعة ضعف إلى ثلاثة أضعاف سعة بطاريات NiCd من نفس الحجم، ويمكن أن تقترب كثافة الطاقة من بطاريات الليثيوم أيون.

بطاريات ليثيوم أيون

• تعد بطاريات الليثيوم أيون من أكثر أنواع البطاريات القابلة لإعادة الشحن شيوعًا وقد تم العثور عليها في العديد من الأجهزة المحمولة بما في ذلك الهواتف المحمولة والأجهزة الذكية والعديد من أجهزة البطاريات الأخرى المستخدمة في جميع أنحاء المنزل، كما تم استخدامها في قطاعي الطيران والفضاء والتطبيقات العسكرية بسبب لوزنها الخفيف.
• بطاريات الليثيوم أيون هي نوع من البطاريات القابلة لإعادة الشحن حيث تنتقل أيونات الليثيوم من القطب السالب إلى القطب الموجب عند التفريغ، ثم تعود إلى القطب السالب عند شحن البطارية.
• تستخدم بطاريات الليثيوم أيون مركب الليثيوم كمادة قطب كهربائي واحد، مقارنةً بالليثيوم المعدني المستخدم في بطاريات الليثيوم غير القابلة لإعادة الشحن.
• تتميز بطاريات الليثيوم أيون عمومًا بكثافة طاقة عالية، وتأثير ذاكرة ضئيل أو معدوم، وتفريغ ذاتي أقل مقارنة بأنواع البطاريات الأخرى، على الرغم من اختلاف كيميائها وأدائها وتكلفتها اعتمادًا على التطبيق.
• على سبيل المثال، تعتمد بطاريات الليثيوم أيون المستخدمة في الأجهزة الإلكترونية المحمولة على أكسيد الكوبالت الليثيوم (LiCoO2)، والذي يوفر كثافة طاقة عالية ومخاطر أمان منخفضة في حالة تلفها.
• بينما تعتمد بطاريات Li-ion على الحديد وفوسفات الليثيوم، والتي توفر كثافة طاقة أقل وأكثر أمانًا، تقدم بطاريات Li-ion أفضل أداء لنسبة الوزن مع توفر بطارية الليثيوم-الكبريت أعلى نسبة.

التطبيقات الرئيسية للبطاريات

صناعة البطاريات بكافة أنواعها لها تطبيقات عديدة من أهمها: _

1. لا يمكن للسيارة أن تعمل بدون بطاريات، لذا فهي من أهم مكونات السيارات.
2. كما لا يمكن استخدام الهواتف المحمولة والأجهزة الإلكترونية بكافة أنواعها بدون بطارية مشحونة وبالتالي يتم استخدامها.
3. تستخدم البطاريات في صناعة السفن التي تتطلب محرك لتشغيلها والغواصات.
4. هناك طرق أخرى لاستخدام البطارية في صنع ساعات الحائط وساعات اليد.

انظر أيضًا: البحث في العلاقات والوظائف العقلانية والعكسية

استنتاج البحث عن أنواع البطاريات واستخداماتها

في نهاية رحلتنا بالبحث عن أنواع البطاريات واستخداماتها نشير إلى أن البطاريات من أهم المواد التي يتم استخدامها على نطاق واسع في الحياة حيث نجد العديد من الاستخدامات العمرية لها وهناك العديد من أنواع البطاريات حسب لاستخداماتهم.