إحدى أشهر الوسائل لتوليد الطاقة والتي يمكن من خلالها الحصول على جهد كهربي لتشغيل مختلف الأجهزة الالكترونية والكهربية كالحواسيب الشخصية، الهواتف المحمولة، الألعاب الالكترونية وغيرها. وأول من اخترع البطارية هو العالم اليساندرو فولتا Alessandro Volta وذلك في العام 1800م.

وكانت البطارية حينئذ عبارة عن طبقات متوالية من الزنك، وورق مشبع بالماء المالح، والفضة كما في الشكل:وعرف هذا التنسيق باسم voltaic pile، وكما نلاحظ من الرسم أن الطبقة السفلية تكون مختلفة عن نوع الطبقة التي في الأعلى، وليس هناك عددا محددا من الطبقات فيمكنك إضافة أي عدد من الطبقات وهذا بدوره سيؤدي إلى زيادة جهد البطارية بمقدار محدد مع كل زيادة. أي كلما زاد عدد الخلايا .. ازدادت قدرة أو جهد البطارية.

 

 

البطارية الحامضية

التركيب : تتركب من عدد من الخلايا كل خلية تتكون من عدد غير محدود من الألواح الموجبة والسالبة مصنوعة من الرصاص ومركباته . ويستعاض عن الألواح المصمتة بألواح شبكية من سبائك رصاصية ذات صلادة عالية الجودة ، تُحشى بها الكتلة الفعالة وتختلف الألواح الموجبة (+) عن الألواح السالبة (-) في شكل الشبكة وفي نوع الكتلة الفعالة . وتحتوي الألواح الموجبة على ثاني أكسيد الرصاص ( PbO2 ) ، بينما تحتوي الألواح السالبة على الرصاص ( Pb ) وتثبت كل مجموعة منها بوساطة قضيب توصيل . تُفصل مجموعتا الألواح عن بعضها بواسطة فواصل مصنوعة من مادة لا تتأثر بالأحماض ، لتجنب التلامس بين الألواح . ويتم هذا الفصل على مسافات معينة ، ثم توضع الألواح بفواصلها في داخل غلاف الخلية ، الذي يملأ بحامض البطارية المكون من حامض الكبريتيك ( H2SO4) مضاف إليه الماء ( H2O ) بنسبة تركيز  37.5%  ، تستخدم فتحة الملء للتعبئة بالحامض ويحكم غلقها بسدادة غلق ملولبة ويبلغ الجهد المتوسط للخلية الرصاصية الواحة نحو ( 2 volt ) وتحتاج بطارية ذات جهد قدره ( 12 volt ) إلى ست خلايا توصل معاً على التوالي .

تركيب البطارية

The Battery Construction

 

VB= n x VZ

  • توصل رؤوس أقطاب الألواح الموجبة والألواح السالبة معاً بواسطة قضبان وصل الخلايا على التوالي.

  • تحكم سدادة الغلق الملولبة فتحة ملء الحامض الموجودة بغطاء الخلية وتستخدم في نفس الوقت للتهوية .

  • تُغلق كل خلية بواسطة غطاء للخلية .

  • تتداخل الألواح الموجبة والسالبة في بعضهما عند تجميع الخلية .

  • يقوم كل من رأس القطب وقضيب التوصيل بإمساك الألواح سوياً بينما تستوعب رأس القطب البارز قضيب وصل الخلايا .

  • تُركب فواصل خاصة لمنع الألواح من التلامس مع بعضها أي لمنع حدوث دائرة قصر

  • يُقسم صندوق البطارية إلى خلايا مفردة ويزود القاع بعوارض حتى لا تتسبب رواسب الرصاص في حدوث دائرة قصر .

التفاعلات الكيميائية في البطارية الرصاصية

يستخدم حامض الكبريتيك المخفف بالماء المقطر (H2SO4) في البطارية الرصاصية كإلكتروليت (محلول كهربائي) وتبلغ كثافته في البطارية المشحونة شحناً تاماً 1.285 kg/L عند درجة حرارة (20 C) وتتكون الكتلة الفعالة للألواح الموجبة في الخلية من ثاني أكسيد الرصاص (pbO2) والكتلة الفعالة للألواح السالبة من الرصاص المسامي (pb) ويسري التيار الكهربي أثناء التفريغ من الطرف الموجب عبر الحمل إلى الطرف السالب للبطارية . أما داخل البطارية فيسري التيار من الألواح السالبة عبر الإلكتروليت إلى الألواح الموجبة ( اتجاه الإلكترونات ) وأثناء ذلك تتحلل جزيئات حامض الكبريتيك حيث تنتقل أيونات الهيدروجين (H) إلى اللوح الموجب وتتحد مع الأكسجين (O2) الموجود في ثاني أكسيد الرصاص لتكوين ماء (H2O) ويتحد الشق الحامضي أيونات (SO4) مع الرصاص الموجود في مجموعتي الألواح لتكوين كبريتات الرصاص ( pbso4 ) وعند انتهاء عملية التفريغ تتكون الألواح من كبريتات الرصاص ولا يكون بينها أي فرق في الجهد وتهبط كثافة الحامض في الإلكتروليت إلى حوالي ( 1.14kgL ) وعند شحن البطارية تحدث العملية السابقة بترتيب عكسي فيسري تيار مستمر من مولد التيار إلى القطب الموجب للبطارية ماراً بالإلكتروليت إلى القطب السالب ومنه إلى المولد ثانية في تلك الأثناء يعود الشق الحامضي أيونات (SO4) من مجموعتي الألواح إلى الإلكتروليت ويتحد مع أيونات الهيدروجين لتكوين حامض الكبريتيك (H2SO4) وتتحول الألواح الموجبة إلى ثاني أكسيد الرصاص (PbO2) مرة أخرى بواسطة الأكسجين الذي يصبح حراً وترتفع كثافة الحامض في الإلكتروليت بالبطارية تامة الشحن إلى  (1.285 kg/L) وينشأ فرق جهد يبلغ حوالي (2.7 volt) بين الألواح الموجبة و السالبة .

سعة البطارية

The Battery Capacity

حيث:A التيار المسحوب

تُحدد كل من كمية ومساحة الكتلة الفعالة في البطارية ، مدى مقدرتها على تخزين الطاقة الكهربائية (سعتها). ويعبر عن السعة بالأمبير ساعة (Ah) أي أن بطارية ذات (55Ah) تُعطي نظرياً تياراً قدره (55A) لمدة ساعة واحدة أو (11A) لمدة  (5h) ويلاحظ أن القدرة المأخوذة من البطارية تتأثر بانخفاض درجة الحرارة ولذلك فإن بطارية مشحونة شحناً تاماً تُفرغ في الشتاء في وقت قصير عند تكرار استخدامها وتقاس ساعات التفريغ حتى اللحظة التي يصل عندها جهد الخلية الواحدة إلى (1.8 v) فبعد هذا الحد لا يصح أخذ تيار من البطارية بصفة عملية . والمنحنى البياني يوضح العلاقة بين شدة تيار التفريغ والسعة .

أنواع البطاريات  

Batteries type

تصنف البطاريات على حسب طريقة التفاعل الكيميائي المستخدمة في أنتاج الطاقة .. 

طرق توصيل البطارية

batteries connection

  • توصيل البطاريات على التوالي Series Connection

  • توصيل البطاريات على التوازي Parallel connection

 

المصدر: كتاب نظم الإشعال الإلكتروني _ م. علي علوان ، القرية الإلكترونية