البطاريات الحديثة

2011 التفاعلات الكيميائية

گريستا وست

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

الكيمياء

البطارية عبارة عن خلية فولتية محمولة، وللبطاريات أشكال وأحجام

وطاقات مختلفة، لكن جميعها يعمل على تخزين الطاقة الكيميائية وتحويلها إلى طاقة كهربائية عن طريق استخدام تفاعل الأكسدة والاختزال.

تحتوي جميع أنواع البطاريات على أنود (الطرف المسطح السالب) وكاثود (الطرف البارز الموجب). بدلاً من الأنبوب الذي يأخذ شكل حرف (U)، يُفصل الإلكترودان (القطبان) بواسطة مخلوط من المواد الكيميائية يُسمى الإلكتروليت، الذي يحتوي على الأيونات المكوّنة عندما تفقد الذرّات أو تكسب الإلكترونات، مما يمنح الذرّات

الذرّات شحنة كهربائية. والأيونات الموجبة هي التي فقدت الإلكترونات، أما السالبة فهي التي كسبت هذه الإلكترونات. تسري الأيونات عبر الإلكتروليت وتنقل الشحنة بين إلكترودي (قُطبي) البطارية.

إذا تركت البطارية على الطاولة، لن يحدث تفاعل الأكسدة والاختزال داخلها، نظراً لعدم وجود ما يربُط بين الأنود والكاثود، لكنك إذا وصّلت تلك البطارية بجهاز ما، مثل مصباح الجيب

الكهربائي، فسوف يتكوّن ممر بين الأنود والكاثود، مما يؤدي إلى اكتمال الدائرة وبدء تفاعل الأكسدة والاخـتزال. والدائرة الكهربائية هي ممر دائري تسري خلاله

الكهرباء. وإذا ما حدث انقطاع في الدائرة، فإن سريان التيار الكهربائي سوف يتوقف.

عندما يبدأ تفاعل الأكسدة والاختزال داخل البطارية، يبدأ إنتاج الكهرباء، وتختزن كمية محددة من المتفاعلات في البطارية. وعندما تُستهلك المتفاعلات كلها داخل البطارية، نقول إن البطارية أصبحت «مستنزفة». فالبطارية

المستنزفة تتوقف عن إنتاج الكهرباء لأن التفاعل الكيميائي توقف عن الحدوث.

لكن بعض البطاريات قابلة للشحن، وتشبه من حيث عملها عمل البطاريات العادية. وإذا استُنزفت البطارية القابلة للشحن، تستطيع إعادة شحنها من أي مأخذٍ كهربائي، حيث تُجبر الكهرباء الصادرة من المأخذ الكهربائي جميع الإلكترونات على التفاعل بطريقة معكوسة، بمعنى أن الأنود (القطب الموجب) يصبح كاثوداً (قطباً سالباً)، كما تصبح نواتج التفاعل متفاعلات. ويؤدي هذا الأمر إلى توليد مصدر جديد للمتفاعلات الأصلية، مما يمكّن البطارية من إنتاج الكهرباء من جديد.