كيف تصنّع بطارية في منزلك؟!

في العدد الماضي ألقينا نظرة على عالم البطاريات، وكيف تم اختراع أول بطارية، والآن نلقي نظرة أخرى على أنواع البطاريات المختلفة!
أنواع وأنواع
يصيبنا العجب من كثرة أشكال وأنواع البطاريات: كبيرة وصغيرة، رفيعة وسميكة، مستديرة ومربعة ومستطيلة؛ بل وذات أشكال غير منتظمة أيضاً! ويتساءل المرء عن السبب في كل هذه الأشكال والأحجام. ولاشك أن حجم البطارية وقوتها يجب أن يتناسب مع حجم الجهاز وكمية الطاقة التي يتطلبها تشغيله؛ لكن بعض البطاريات ذات الأشكال الفريدة والغريبة توحي إلينا بمدى إمكانية أن تكون هناك اتفاقيات معينة بين الشركات المصنعة للأجهزة وشركات تصنيع البطاريات؛ وذلك لصنع بطارية فريدة من نوعها حتى يضطر المستخدم لشرائها هي بالذات، في نوع من اتفاقات المصالح المشتركة التي تعظم أرباح الشركات وتسحب الأموال من جيوب المستهلكين.
هناك العديد من التصنيفات للبطاريات، لكن من الشائع أن يتم تقسيمها إلى بطاريات غير قابلة لإعادة الشحن، ويطلق عليها أحياناً البطاريات الأوليّة، وأخرى قابلة لإعادة الشحن، وتسمى بالبطاريات الثانويّة. النوع الأول يستخدم مرة واحدة ثم يتم التخلص منه؛ لأن البطارية تستهلك الكيماويات الموجودة بداخلها في تفاعل كيميائي غير قابل للعكس، أما النوع الثاني فالتفاعل الكيميائي الذي يحدث بداخله قابل للعكس عند تمرير تيار كهربي في البطارية أثناء عملية الشحن؛ وذلك في عكس الاتجاه الذي يتولد فيه التيار الكهربي داخل البطارية، ويمكن إعادة شحن هذا النوع من البطاريات لعدد معين من المرات قبل أن تبلى وتصبح غير قابلة للاستخدام.
وتستخدم البطاريات الغير قابلة لإعادة الشحن في الأجهزة التي لا تحتاج إلى استهلاك مرتفع من الطاقة، أو في الأجهزة التي لا تستخدم بعيداً عن مقابس الطاقة المنزلية إلا لماماً.
أما البطاريات القابلة لإعادة الشحن فتستخدم في الأجهزة التي تحتاج إلى طاقة عالية، أو التي تستخدم بصفة أساسية بعيداً عن المقابس، كأجهزة الهاتف المحمول مثلاً.
أقدم أنواع من البطاريات القابلة لإعادة الشحن، والتي لازالت تستخدم حتى الآن هي بطارية السيارة، والتي تعرف أيضاً ببطارية الرصاص – الحمض lead-acid battery. وتعطي هذه البطارية قوة مقدارها عشرة آلاف وات، وتياراً كهربياً بقدرة تتراوح من 45 إلى 1100 أمبير. وهناك أنواع حديثة من هذه البطاريات تحتوي على هلام (جيل) بدلاً من سائل المحلول، أو على ألياف زجاجية (فايبر جلاس) مشبعة بالملح؛ وذلك لتجنب مشكلة انسكاب السائل.
أما البطاريات الجافة القابلة لإعادة الشحن؛ فمنها بطارية النيكل كادميوم، والتي حلت محلها بطاريات الليثيوم الأكثر كفاءة بكثير، والتي تستخدم اليوم في كل الهواتف المحولة وأجهزة اللابتوب. أما أحدث نوع من هذه البطاريات؛ فهي بطاريات يطلق عليها خلايا اليو إس بي USBCELL، والجديد أنها تحتوي على شاحن داخلي، ويمكن وصلها بأي منفذ USB في الكمبيوتر لشحنها دون الحاجة إلى شاحن.
سنلقي الآن نظرة على أشهر أنواع البطاريات الأولية والثانوية.
أنواع البطاريات الأوليّة:
• بطارية الزنك والكربون: بطاريات متوسطة الكلفة، تستخدم في مختلف الأجهزة العادية، كأجهزة الراديو وكشافات الإضاءة الصغيرة مثلاً.
• بطارية كلوريد الزنك: شبيهة بالنوع السابق لكن عمرها أطول قليلاً.
• البطارية القلوية (الألكالاين): أطول عمراً بكثير، وتستخدم في الأجهزة ذات الاستهلاك الكثيف للطاقة.
• بطارية أكسيد الزنك: وهي البطاريات المستديرة الصغيرة التي تستخدم في ساعات اليد والآلات الحاسبة وغيرها.
• بطارية الليثيوم وثاني كبريتيد الحديد: وهي البطاريات المستخدمة في بعض أنواع الكاميرات. لها فترة عمر طويلة جداً قد تصل إلى عشر سنوات؛ إلا أنها غالية السعر.
• بطارية الليثيوم – كلوريد الثيونيل: وتستخدم في التطبيقات الصناعية، وتستخدم في أجهزة القياس الحساسة، وهي غالية نسبياً وذات عمر طويل.
• بطارية الزئبق: كانت تستخدم في السابق في الساعات الرقمية وأجهزة المساعدة على السمع؛ إلا أن استخدامها أصبح محدوداً بسبب سُمِّيّتها.
• بطارية الزنك – الهواء: وتستخدم في أجهزة المساعدة على السمع.
• البطارية الحرارية: وتستخدم في التطبيقات العسكرية فقط.
• بطارية الماء المحفَّز: وتستخدم في الأجهزة التي تستخدم في الأرصاد الجوية.
• بطارية أوكسي هايدروكسيد النيكل: وتستخدم في الكاميرات الرقمية، وعمرها أطول مرتين من البطاريات القلوية.
• البطارية الورقية: وهي أحدث ما ظهر في عالم البطاريات، وقد تم التوصّل لها في أغسطس 2007، وهي بطارية رفيعة جداً كالورقة، ويمكن طيّها ولفّها وتقطيعها لتأخذ أشكالاً مختلفة، وبسبب وزنها الخفيف وتكلفتها الرخيصة؛ فمن المتوقع أن تأخذ هذه البطارية مكانها سريعاً في عالم الإلكترونيات.
أنواع البطاريات الثانويّة:
• بطارية النيكل كادميوم: وهذه البطاريات كانت تفقد جزءاً من قوتها إذا تم شحنها ولازال بها جزء من الطاقة، ولهذا كان يجب تفريغها بالكامل قبل إعادة الشحن، كما أنها لا تدوم طويلاً. كانت تستخدم قديماً في أجهزة الموبايل.
• بطارية هايدرايد معدن النيكل: تدوم لأربع مرات أطول من بطارية النيكل كادميوم.
• البطارية القلوية القابلة لإعادة الشحن: مثل البطارية القلوية العادية؛ إلا أن التفاعل الكيميائي بداخلها قابل للعكس.
• بطارية الليثيوم: ويطلق عليها أحياناً بطارية أيون الليثيوم، وهي البطارية الشائعة حالياً في أجهزة الموبايل واللابتوب، وهي من أكثر أنواع البطاريات انتشاراً حالياً. تتميز بخفة وزنها وبأنها تدوم طويلاً؛ إلا أن بها عيباً غريباً، هو أن عمرها يعتمد أيضاً على تاريخ تصنيعها (إضافة إلى عدد دورات الشحن والتفريغ)؛ فبطارية اللابتوب الجديدة مثلاً تفقد حوالي 20% من سعتها كل سنة.
وكيف تَصنع بطارية في المنزل؟
تقريباً أي سائل أو جسم مُشبَّع بسائل يحتوي على أيونات يمكنه أن يعمل كسائل توصيل في بطارية؛ فإذا تم وضع قطبين من معدنين مختلفين في هذا السائل أو الجسم مع توصيلهما من الطرف الآخر أمكن توليد كمية ولو ضئيلة من الكهرباء، ويمكن فعلياً توليد بعض الكهرباء عند غمس قضيبين من معدنين مختلفين (مع توصيل طرفيهما الخارجيّيَن بسلك في ثمرة ليمون أو في حبة بطاطس! ويمكن عمل ذلك بقطع حبة البطاطس إلى نصفين، ووضع النصفين على طبق معدني؛ بحيث يتلامس نصف حبة البطاطس مع الطبق من ناحية القطع، ويتم غرز مسمار في أحد النصفين ومسمار من معدن آخر في نصف حبة البطاطس الآخر، وتوصيل المسمارين بسلك، ويمكن للكهرباء السارية في السلك أن تضيء مصباحاً صغيراً لفترة قصيرة، وأحياناً يجب توصيل عدة بطاريات بطاطسيّة من هذا النوع على التوالي للحصول على الكهرباء الكافية لإضاءة المصباح.
طرق التوصيل
ويتم توصيل البطاريات في الأجهزة بطريقتين: إما على التوالي، أو على التوازي، وأحياناً بواسطة الطريقتين معاً. ويؤدي التوصيل على التوازي إلى إنتاج تيار كهربي أقوى؛ ولكن بنفس قيمة فرق الجهد (الفولتيّة)، أما التوصيل على التوالي؛ فيؤدي إلى نفس التيار الكهربي ولكن بفولتيّة أعلى. ويفضل دائماً أن تكون البطاريات المستخدمة معاً متطابقة حتى على مستوى الماركة التجارية.
وكلما زادت كمية المادة الموجودة في البطارية، كلما زادت سعتها. وهذا يعني أن البطارية الكبيرة الحجم ذات سعة أكبر من البطارية صغيرة الحجم، وهذا بالنسبة للبطاريات التي تنتمي إلى نفس النوع.
لم ينته الموضوع عند هذا الحد؛ فلاتزال هناك الكثير من المعلومات الطريفة التي سنعرفها عن البطاريات؛ ولكن في العدد القادم!