ما أنواع البطاريات الموجودة؟

1. البطاريات الأساسية: تستخدم لمرة واحدة، لا يمكن إعادة استخدامها.

بطاريات الكربون والزنك، والبطاريات القلوية، وبطاريات الزنك والمنغنيز من نوع المعجون، وبطاريات الزنك والمنغنيز من الورق المقوى، وبطاريات الزنك والمنغنيز القلوية، وبطاريات الزنك والمنغنيز القلوية، وبطاريات الأزرار (بطاريات الزنك والفضة الزرية، وبطاريات الليثيوم والمنغنيز الزرية، وبطاريات الزنك والمنغنيز الزرية، وبطاريات الزنك والهواء، وبطاريات الليثيوم والمنغنيز الأولية، وما إلى ذلك، وبطاريات الزئبق.

هناك نوعان من البطاريات استناداً إلى طبقة العزل: بطاريات من نوع المعجون وبطاريات من نوع اللوح. وينقسم النوع اللوحي إلى بطاريات كرتونية من النوع C (نوع الأمونيوم) والنوع P (نوع الزنك) استناداً إلى شوارد مختلفة.

وتستخدم بطارية الخلايا الجافة التقليدية من نوع عجينة الزنك والمنغنيز الجافة ثاني أكسيد المنغنيز الطبيعي منخفض النشاط كمادة القطب الموجب، مع النشا والدقيق كطبقة عزل العجينة، وإلكتروليت يتكون بشكل أساسي من كلوريد الأمونيوم (H4CL) ومحلول ماء كلوريد الزنك. القطب السالب عبارة عن علبة زنك. أداء تفريغها ضعيف بشكل عام، وسعتها منخفضة، والبطارية عرضة للتسرب في نهاية استخدامها، ولكنها غير مكلفة.

تحل البطاريات الكرتونية من النوع C (نوع الأمونيوم) محل الورق المقوى المعجون بورق اللب. هذا يزيد من كمية ملء القطب الموجب بحوالي 30%، ويحل المنجنيز عالي النشاط محل المنجنيز الطبيعي بمقدار 30-70%، وبالتالي يتم تحسين السعة وتوسيع نطاق الاستخدام. تُستخدم هذه عادةً في تطبيقات التفريغ الحالية الصغيرة مثل الساعات، وأجهزة التحكم عن بُعد، وأجهزة الراديو، والمصابيح اليدوية، إلخ.

تستخدم البطاريات الكرتونية من النوع P (نوع الزنك) إلكتروليت قائم على كلوريد الزنك، وتكون مادة القطب الموجب عبارة عن مسحوق منجنيز عالي النشاط بالكامل، مثل المنجنيز الإلكتروليتي أو المنجنيز النشط. إن أداءها المقاوم للتسرب أعلى بكثير من البطاريات من نوع المعجون والبطاريات من النوع C، وتستخدم في تطبيقات التفريغ المستمر للتيار العالي، مثل الكاميرات والبطاريات الكاشفة والمسجلات وآلات الحلاقة والألعاب الكهربائية وما إلى ذلك.

إن بطاريات الزنك-المنغنيز القلوية الأسطوانية، والمعروفة أيضاً باسم البطاريات القلوية، هي أفضل الأنواع أداءً في سلسلة بطاريات الزنك-المنغنيز. وقد تم تطويرها في منتصف القرن العشرين كتحسين لبطاريات الزنك-المنغنيز. تستخدم هذه البطارية هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH) أو محلول ماء هيدروكسيد الصوديوم (NaOH) كإلكتروليت، مع بنية قطب سالب عكس تلك الموجودة في بطاريات الزنك-المنغنيز. القطب السالب عبارة عن عجينة تشبه الهلام، مع مسامير نحاسية كمجمع للتيار. ويوجد القطب الموجب في الخارج، مع وجود مادة نشطة ومادة موصلة مضغوطة في حلقة ومتصلة بغلاف البطارية. يتم فصل القطبين الموجب والسالب بواسطة فاصل خاص.

وعادة ما يكون الغلاف الخارجي مصنوعًا من شريط فولاذي مطلي بالنيكل 08F، وهو مدلفن على البارد ومختوم، ويعمل أيضًا كمجمع تيار كهربائي موجب للقطب الكهربائي. يتم ضغط مادة القطب الموجب لثاني أكسيد المنجنيز الكهروكيميائي في حلقة محكمة على الجدار الداخلي للأسطوانة لضمان التلامس الجيد. ويستخدم القطب السالب جزيئات الزنك المسحوق المصنوع في عجينة ويقع في منتصف البطارية. يتم إدخال جامع تيار القطب السالب (عادةً مسامير نحاسية)، ويتم توصيل جامع التيار بأسفل القطب السالب. في البطارية، يتم فصل الأقطاب الموجبة في البطارية بواسطة غشاء (طبقة فصل)، ويتم إغلاق الجزء الخارجي بحلقة مانعة للتسرب من النايلون أو البولي بروبلين لتحقيق إحكام إغلاق البطارية. المظهر الخارجي للبطارية هو تقريباً نفس مظهر البطاريات العادية.

2. بطاريات ثانوية: قابلة لإعادة الشحن وقابلة لإعادة الاستخدام.

بطاريات الزنك والمنغنيز القلوية الثانوية، وبطاريات النيكل والكادميوم (Ni-Cd) القابلة لإعادة الشحن، وبطاريات النيكل-المعدن القابلة لإعادة الشحن، وبطاريات الليثيوم القابلة لإعادة الشحن، وبطاريات الرصاص الحمضية، والخلايا الشمسية. تنقسم بطاريات تخزين الرصاص الحمضية إلى: بطاريات تخزين الرصاص الحمضية من النوع المفتوح وبطاريات تخزين الرصاص الحمضية محكمة الغلق تماماً.

بطارية النيكل والكادميوم (Ni-Cd)، والبطاريات الكيميائية (البطاريات الثانوية).

بطارية هيدريد النيكل المعدني (Ni-MH).

بطارية ليثيوم أيون (Li-ion)، بطاريات الليثيوم.

بطارية الرصاص الحمضية، بطاريات الرصاص

آخرون.

بطاريات الطاقة الفيزيائية.

بطاريات الخلايا الشمسية.

البطاريات الميكروبية.

بطاريات البوليمر.

يتكون كل نوع من أنواع البطاريات من أربعة مكونات أساسية: قطبين من مادتين مختلفتين، وإلكتروليت، وفاصل، وغلاف.

3. بطاريات صديقة للبيئة وصديقة للبيئة

تشير هذه البطاريات إلى فئة من البطاريات عالية الأداء والخالية من التلوث التي تم تطويرها وهي الآن قيد الاستخدام أو قيد التطوير، بما في ذلك بطاريات تخزين النيكل هيدريد المعدنية وبطاريات تخزين الليثيوم أيون المستخدمة حالياً، والبطاريات الأولية القلوية الخالية من الزئبق والزنك والمنغنيز الخالية من الزئبق التي يجري الترويج لها، وكذلك خلايا الوقود والخلايا الشمسية (الخلايا الكهروضوئية)، إلخ.

4. بطاريات تخزين الرصاص الحمضية

في عام 1859، اكتشف العالم الفرنسي بلانت بطارية الرصاص الحمضية، والتي تتكون من خمسة أجزاء أساسية: الصفيحة الموجبة والصفيحة السالبة والإلكتروليت والفاصل والحاوية (خلية البطارية). وتستخدم البطارية ثاني أكسيد الرصاص كمادة القطب الموجب، والرصاص كمادة القطب السالب، وحمض الكبريتيك كمادة الإلكتروليت، والمطاط المسامي الدقيق، والبولي فينيل كلوريد الملبد، والألياف الزجاجية، والبولي بروبيلين، وما إلى ذلك، كفاصل.

5. بطاريات الكادميوم والنيكل وبطاريات الهيدريد المعدنية

وكلاهما يستخدم أكسيد النيكل أو هيدروكسيد النيكل كقطب موجب، وهيدروكسيد البوتاسيوم أو محلول ماء هيدروكسيد الصوديوم كقطب كهربائي، والكادميوم المعدني أو هيدريد المعدن كقطب سالب. تم اختراع بطارية الهيدريد المعدني في أواخر الثمانينيات، باستخدام التفاعل الكهروكيميائي العكسي للسبائك الممتصة للهيدروجين لإطلاق الهيدروجين. وهو منتج رائد للبطاريات الثانوية الصغيرة.

6. بطاريات الليثيوم أيون

بطاريات الليثيوم أيون هي مصطلح عام للبطاريات التي تستخدم الليثيوم المعدني أو مركبات الليثيوم كمواد نشطة. وتنقسم إلى بطاريات ليثيوم أولية وبطاريات ليثيوم ثانوية.

وتستخدم البطارية مواد الكربون، التي تسمح بتضمين أيونات الليثيوم واستخلاصها، بدلاً من الليثيوم النقي كقطب سالب، مع استخدام مركبات الليثيوم كقطب موجب وإلكتروليت مختلط كمحلول إلكتروليت.

تتكون مواد القطب الموجب لبطاريات الليثيوم أيون عادةً من مركبات الليثيوم النشطة، ويتكون القطب السالب من الكربون ذي البنية الجزيئية الخاصة. أكثر مواد القطب الموجب شيوعاً هي LiCoO2. أثناء الشحن، يجبر الجهد المطبق عبر أطراف البطارية مركب القطب الموجب على إطلاق أيونات الليثيوم، التي تندمج بعد ذلك في الكربون ذي البنية الجزيئية الطبقية في القطب السالب. أثناء التفريغ، يتم استخلاص أيونات الليثيوم من طبقات الكربون وإعادة ربطها بمركب القطب الموجب. ويتولد التيار عن طريق حركة أيونات الليثيوم.

على الرغم من أن مبدأ التفاعل الكيميائي بسيط، إلا أنه في الإنتاج الصناعي الفعلي، يجب النظر في العديد من القضايا العملية: تتطلب مواد القطب الموجب إضافات للحفاظ على النشاط أثناء دورات الشحن والتفريغ المتعددة، ويجب تصميم مواد القطب السالب على المستوى الجزيئي لاستيعاب المزيد من أيونات الليثيوم. يجب ألا يظل الإلكتروليت، الذي يملأ الفراغ بين القطبين الموجب والسالب، مستقرًا فحسب، بل يجب أن يكون لديه أيضًا موصلية جيدة لتقليل المقاومة الداخلية للبطارية.

على الرغم من أن بطاريات أيونات الليثيوم ليس لها تأثير ذاكرة تقريبًا، إلا أن سعتها لا تزال تتناقص بعد دورات شحن وتفريغ متعددة. ويرجع ذلك بشكل أساسي إلى التغيرات التي تطرأ على مواد القطب الموجب والسالب نفسها. على المستوى الجزيئي، تنهار هياكل الثقوب التي تستوعب أيونات الليثيوم في الأقطاب الموجبة والسالبة تدريجياً وتنسد. من من منظور كيميائي، يصبح نشاط مواد القطب الكهربائي خاملًا، مما يؤدي إلى تفاعلات جانبية تولد مركبات أخرى مستقرة. ومن الناحية الفيزيائية، قد تتقشر مادة القطب الموجب تدريجياً. وباختصار، يقلل هذا من عدد أيونات الليثيوم التي يمكن أن تتحرك بحرية أثناء عملية الشحن والتفريغ.

سيؤدي الشحن الزائد والتفريغ العميق إلى حدوث تلف دائم في الأقطاب الموجبة والسالبة لبطاريات الليثيوم أيون. على المستوى الجزيئي، سيؤدي الإفراط في التفريغ إلى إطلاق الكثير من أيونات الليثيوم في كربون القطب السالب، مما يتسبب في انهيار البنية الطبقية. سيؤدي الشحن الزائد إلى دفع الكثير من أيونات الليثيوم إلى بنية كربون القطب السالب، مما يجعل بعضها غير قادر على التحرر. وهذا هو السبب في أن بطاريات أيونات الليثيوم مزودة عادةً بدوائر تحكم في الشحن والتفريغ.

7. خلايا الوقود

خلايا الوقود هي أجهزة تقوم بتحويل الطاقة مباشرة من وقود (مثل الهيدروجين أو الوقود المحتوي على الهيدروجين) ومؤكسد (مثل الأكسجين النقي أو الأكسجين من الهواء) إلى كهرباء. وتتميز هذه الخلايا بكفاءة عالية، حيث تصل كفاءة التحويل الكهروكيميائية إلى أكثر من 401 تيرابايت في 3 تيرابايت، ولا تنبعث منها ملوثات.