كتل بناء البطارية

تتألف البطارية الكهروكيميائية من كاثود وأنود وإلكتروليت يعملان كمحفز. عند الشحن، يتكون تراكم أيونات موجبة عند واجهة الكاثود/الإلكتروليت. ويؤدي ذلك إلى تحرك الإلكترونات نحو المهبط، مما يخلق جهداً كهربائياً بين المهبط والأنود. ويتم الإطلاق بواسطة تيار يمر من الكاثود الموجب عبر حمولة خارجية ويعود إلى الأنود السالب. عند الشحن، يتدفق التيار في الاتجاه الآخر.

تحتوي البطارية على مسارين منفصلين؛ أحدهما هو الدائرة الكهربائية التي تتدفق عبرها الإلكترونات لتغذية الحمل، والآخر هو المسار الذي تتحرك فيه الأيونات بين الأقطاب الكهربائية عبر الفاصل الذي يعمل كعازل للإلكترونات. الأيونات هي الذرات التي فقدت أو اكتسبت إلكترونات وأصبحت مشحونة كهربائياً. يقوم الفاصل بعزل الأقطاب كهربائياً ولكنه يسمح بحركة الأيونات.

الأنود والكاثود
يُطلق على قطب البطارية الذي يطلق الإلكترونات أثناء التفريغ اسم القطب الموجب؛ أما القطب الذي يمتص الإلكترونات فهو القطب السالب.

يكون أنود البطارية دائمًا سالبًا والكاثود موجبًا. يبدو أن هذا يخالف المتعارف عليه لأن الأنود هو الطرف الذي يتدفق إليه التيار. ويتبع الأنبوب المفرغ أو الصمام الثنائي أو البطارية عند الشحن هذا الترتيب، لكن سحب الطاقة من البطارية عند التفريغ يجعل الأنود سالبًا. وبما أن البطارية عبارة عن جهاز تخزين كهربائي يوفر الطاقة، فإن أنود البطارية يكون دائمًا سالبًا.

الأنود في بطاريات الليثيوم أيون هو الكربون (انظر BU-204: كيف تعمل بطاريات الليثيوم؟) ولكن الترتيب معكوس مع بطاريات الليثيوم المعدني. هنا الكاثود هو الكربون والأنود هو الليثيوم المعدني. (انظر BU-212: بطاريات المستقبل) مع استثناءات قليلة، فإن بطاريات الليثيوم المعدني غير قابلة لإعادة الشحن.

الشكل 1: رمز البطارية.
مهبط البطارية موجب والأنود سالب.

الجداول 2 أ، ب، ج، د تلخيص تركيبة البطاريات الثانوية التي تحتوي على الرصاص والنيكل والليثيوم، بما في ذلك البطاريات القلوية الأولية.

حمض الرصاص	القطب السالب (موجب)	أنود (سالب)	المنحل بالكهرباء
المواد	ثاني أكسيد الرصاص (بني شوكولاتة)	رصاص رمادي، (إسفنجي عند تشكيله)	حمض الكبريتيك
الشحن الكامل	أكسيد الرصاص (PbO)2)، الإلكترونات مضافة إلى اللوحة الموجبة	الرصاص (Pb)، الإلكترونات المزالة من الصفيحة	حمض الكبريتيك القوي
خرج من الخدمة	ويتحول الرصاص إلى كبريتات الرصاص عند القطب السالب، حيث تنتقل الإلكترونات من الصفيحة الموجبة إلى الصفيحة السالبة.		حمض الكبريتيك الضعيف (شبيه الماء)

الجدول 2أ: تركيبة حمض الرصاص.

NiMH، NiCd	القطب السالب (موجب)	أنود (سالب)	المنحل بالكهرباء
المواد	أوكسي هيدروكسيد النيكل	NiMH: سبيكة تمتص الهيدروجين NiCd: الكادميوم	هيدروكسيد البوتاسيوم

الجدول 2 ب: تركيبة NiMH و NiCd.

ليثيوم أيون	القطب السالب (موجب) على رقائق الألومنيوم	أنود (سالب) على رقائق النحاس	المنحل بالكهرباء
المواد	أكاسيد المعادن المشتقة من الكوبالت والنيكل والمنجنيز والحديد والألومنيوم	أساسه الكربون	ملح الليثيوم في مذيب عضوي
الشحن الكامل	أكسيد الفلز مع بنية الإقحام	انتقلت أيونات الليثيوم إلى الأنود.
خرج من الخدمة	تتحرك أيونات الليثيوم مرة أخرى إلى القطب الموجب	الكربون بشكل أساسي

الجدول 2ج: تركيبة الليثيوم أيون.

قلوي	القطب السالب (موجب)	أنود (سالب)	المنحل بالكهرباء
المواد	ثاني أكسيد المنجنيز	الزنك	قلوية مائية قلوية

الجدول 2د: تركيب البطارية القلوية الأولية.

يصبح تدفق الأيونات ممكناً باستخدام منشط يسمى الإلكتروليت. في نظام البطارية المغمورة بالمياه، يتحرك الإلكتروليت بحرية بين الأقطاب الكهربائية المدرجة؛ وفي الخلية المختومة، يضاف الإلكتروليت عادة إلى الفاصل في شكل مبلل. يفصل الفاصل الأنود عن الكاثود، مما يشكل عازلاً للإلكترونات ولكنه يسمح بمرور الأيونات. (انظر BU-306: الفاصل و BU-307: المنحل بالكهرباء)