البطارية الكهربائية هي جهاز يخزن الطاقة في صورة كيميائية ويحولها إلى طاقة كهربائية عند الحاجة. تتضمن العملية تفاعلًا كيميائيًا ينقل الإلكترونات من مادة إلى أخرى، مما يؤدي إلى إنشاء تيار كهربائي. تُستخدم البطاريات في مجموعة واسعة من التطبيقات، بدءًا من تشغيل الأجهزة الصغيرة مثل أجهزة التحكم عن بعد إلى قيادة المركبات الكهربائية وتخزين الطاقة المتجددة.
تتكون البطارية من ثلاثة أجزاء رئيسية: الأنود (القطب السالب)، والكاثود (القطب الموجب)، والإلكتروليت. يتكون الأنود والكاثود من مواد مختلفة تسمح للإلكترونات بالتدفق عبر دائرة خارجية. والإلكتروليت هو وسط يسمح للأيونات بالتحرك بين الكاثود والأنود.
عندما يتم توصيل البطارية بجهاز، يحدث تفاعل كيميائي عند الأنود، مما يؤدي إلى إطلاق الإلكترونات. تتدفق هذه الإلكترونات عبر الدائرة الخارجية إلى الكاثود، مما يوفر الطاقة الكهربائية للجهاز. وفي الوقت نفسه، تتحرك الأيونات الموجودة في الإلكتروليت بين الأنود والكاثود لموازنة الشحنة. وعندما تنفد المواد الكيميائية، تتوقف البطارية عن إنتاج الكهرباء.
هناك عدة أنواع من البطاريات، يتم تصنيفها حسب قابليتها لإعادة الشحن والمواد المستخدمة. وأكثرها شيوعًا هي:
يتم قياس سعة البطارية بالأمبير في الساعة (Ah) أو مللي أمبير في الساعة (mAh)، مما يشير إلى كمية التيار التي يمكن للبطارية توفيرها خلال فترة زمنية محددة. يتم قياس الطاقة المخزنة في البطارية بالواط في الساعة (Wh)، ويتم حسابها باستخدام الصيغة التالية:
الطاقة (Wh) = السعة (Ah) × الجهد (V)
على سبيل المثال، تخزن بطارية بسعة 2 أمبير/ساعة وجهد اسمي 3.7 فولت \(2 Ah \times 3.7 V = 7.4Wh\) من الطاقة.
أصبحت البطاريات منتشرة في كل مكان في الحياة الحديثة، فهي تزود كل شيء بالطاقة بدءًا من الأجهزة الإلكترونية المحمولة وحتى المركبات الكهربائية وأنظمة الطاقة المتجددة. وبالإضافة إلى استخدامها في الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية، تلعب البطاريات أيضًا دورًا حاسمًا في أنظمة الطاقة الطارئة والأجهزة الطبية وتطبيقات الطيران والفضاء.
إن إنتاج البطاريات والتخلص منها له تأثيرات بيئية، بما في ذلك استخدام المواد السامة وتوليد النفايات الإلكترونية. وتعتبر برامج إعادة التدوير ضرورية للحد من هذه التأثيرات من خلال استعادة المواد القيمة والتخلص بشكل صحيح من المواد الخطرة.
تتضمن هذه التجربة إنشاء بطارية بسيطة باستخدام الأدوات المنزلية لفهم المبادئ الأساسية لكيفية عمل البطاريات.
تعتبر البطاريات الكهربائية من التقنيات المهمة في عالمنا الحديث، فهي توفر مصدرًا محمولًا ومريحًا للطاقة الكهربائية. إن فهم كيفية عمل البطاريات وأنواعها وتطبيقاتها يساعدنا على تقدير الدور الذي تلعبه في الحياة اليومية وأهمية تطوير ممارسات مستدامة لاستخدامها والتخلص منها.
