مبدأ عمل البطارية الجافة

يعرف أي جهاز يُحول الطاقية الكيميائية مباشرة إلى طاقة كهربائيةبالبطارية، وتتكون البطارية من مجموعة من خليتين أو أكثر من الخلايا الجلفانية القادرة على تحويل الطاقة، وتحتوي كل بطارية أو خلية على كاثود وهو موجب الشحنة وعلى أنود وشحنته سالبة ويجب فصل هذه الأقطاب الكهربائية عن بعضها[١]، ويحدث تفاعل كيميائي داخل الخلية وينقل هذا التفاعل الإلكترونات من مكان إلى آخر وينتج تيارًا كهربائيًا حيث أن نصف البطارية يحتوي على المنحل بالكهرباء والأنود والنصف الآخر أيضًا على المنحل بالكهرباء والكاثود، وتتجمع الإلكترونات في الطرف السالب من البطارية أي الأنود وعند توصيل السلك من الكاثود إلى الأنود تتحرك الإلكترونات عبر الخلية من الأنود إلى الكاثود، وسيتحدث هذا المقال عن مبدأ عمل البطارية الجافة.[٢].
أنواع البطاريات
هناك الكثير من أنواع البطاريات المستخدمة في وقتنا الحالي وبعض منها إلى الآن قيد التطوير ويختلف كل نوع على حسب استخدامه ومن أهم أنواع البطاريات ما يأتي:[٣]
بطارية حمض الرصاص ومتغيراتها.
البطارية القلوية.
البطارية الجافة
بطاريات النيكل والكادميوم.
بطاريات النيكل هيدريد المعادن.
البطاريات المعدنية المنصهرة من عدة أنواع.
بطارية الهواء والزنك.
مبدأ عمل البطارية الجافة
اخترع كارل غاسنر البطارية الجافة في عام 1887، عن طريق الجمع بين الزنك والكربون، وتحتوي جميع البطاريات الجافة على قطب كهربائي أو قضيب من الجرافيت مغطى بعجينة بالكهرباء وكل ذلك داخل حاوية معدنية في الخلية الجافة الحمضية، وبالنسبة لمبدأ عمل البطارية الجافة فيتمثل في حدوث تفاعل تقليل توليد الكهرباء عادة في عجينة مكونة من كلوريد الأمونيوم وثاني أكسيد المنغنيز، أما في الخلايا الجافة القلوية التي تدوم طويلًا يتفاعل هيدروكسيد البوتاسيوم أو هيدروكسيد الصوديوم مع ثاني أكسيد المنغنيز، ويمكن أن تكون الخلايا لجافة خلايا أولية أو ثانوية[٤]. يكون المنحل بالكهرباء في البطارية الجافة بصورة صلبة وبدقة أكثر يكون الإلكتروليت في عجينة أو في وسط آخر، لذلك لا يوجد سائل حر في البطارية الجافة ولكن لا يزال يُسمح بالتدفق الحر للإلكترونات والتفاعل الكهروكيميائي.[٥]
إيجابيات البطارية الجافة
مُعظم بطاريات الخلايا الرطبة حساسة جدًا ولمنع التسرب يجب أن تُبقيهم في وضع مستقيم، وعلى نقيض ذلك تمامًا يُمكن تشغيل الخلايا الجافة في أي موقف، ومن الإيجابيات المهمة للبطاريات الجافة أنها تُعتبر أكثر متانة من البطاريات الرطبة لذلك فإنها تُستخدم عادةً في أجهزة التحكم عن بُعد وفي المصابيح الكهربائية وغيرها من الأجهزة المحمولة المشابهة، ويمكن لهذه البطاريات معالجة فترات التخزين الطويلة لأنها تفقد شحنها ببطء أكثر من البطاريات الثانوية، وتُستخدم الخلايا الجافة عادةً كخلايا أولية، وتُمثل بطاريات الليثيوم أيون نوعًا من البطاريات الخلوية الجافة المناسبة تمامًا للإستخدام في الهواتف المحمولة وذلك نظرًا لكثافة الطاقة العالية أو قوتها المخزنة مقابل الوزن وهذا يعني أن البطارية الصغيرة المدمجة والمتينة يمكنها توفير كمية كبيرة من الطاقة.[٦]
استخدامات البطارية الجافة
وجدت البطارية الجافة عددًا لا يُحصى من الاستخدامات كمصادر للطاقة، حيث تُستخدم مواد النيكل والكربون والكادميوم والزنك والرصاص لتصميم بطاريات جافة مختلفة القدرات والاستخدامات، ومن أهم استخدامات البطارية الجافة ما يأتي:[٧]
تُستخدم في تشغيل بعض المعدات الإلكترونية، حيث تُعتبر من أكثر أنواع البطاريات استخدامًا لتشغيل الأجهز الإلكترونية ويرجع سبب ذلك إلى سعتها العالية وعمرها الإفتراضي الطويل، ولذلك تُعتبر مثالية للأجهزة الصغيرة المحمولة مثل الآللات الحاسبة والكاميرات والساعات.
تُستخدم البطارية الجافة في تشغيل المحركات الصغيرة، حيث يُمكن تشغيل العديد من المحركات الصغيرة المختلفة في الحجم اعتمادًا على كمية التيار اللازم لتشغيل المحرك باستخدام البطارية الجافة، وتقوم وحدات الخلايا الجافة بتوحيد الطاقة اللازمة لتشغيل المحرك.
تُستخدم البطارية الجافة في تشغيل المحركات الكبيرة أيضًا، حيث تتكون البطاريات الجافة المخصصة للسيارات من هاليد فلز النيكل وهيدريد فلز النيكل ومواد الليثيوم أيون التي تسمح بإعادة الشحن بشكل منتظم.