the AA batteries on a white background
هناك أنواع كثيرة مختلفة من البطاريات، ولكن جميعها تعمل وفق ذات المفهوم الأساسي، يشير “أنطوان آلانور” زميل ما بعد الدكتوراه في قسم معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في علوم المواد والهندسة، إن البطارية هي جهاز قادر على تخزين الطاقة الكهربائية في شكل طاقة كيميائية، وتحويل هذه الطاقة إلى كهرباء، وكوننا لا نستطيع التقاط وتخزين الكهرباء، ولكننا نستطيع تخزين الطاقة الكهربائية في المواد الكيميائية داخل البطارية.
هناك ثلاثة مكونات رئيسية للبطارية: طرفان مصنوعتان من مختلف المواد الكيميائية (المعادن عادة)، القطب الموجب والقطب السالب، والكهرل الذي يفصل بين هذين الطرفين، فالكهرل هو وسيط كيميائي يسمح بتدفق الشحنات الكهربائية بين القطب السالب والقطب الموجب، وعندما يتم توصيل جهاز إلى البطارية (مصباح كهربائي أو دائرة كهربائية) تحدث تفاعلات كيميائية على الأقطاب الكهربائية التي تخلق تدفقاً للطاقة الكهربائية ضمن الجهاز.
وبشكل أكثر دقة، أثناء تفريغ الكهرباء، تحرر المادة الكيميائية على القطب الموجب الإلكترونات إلى الطرف السلبي، والأيونات السالبة في الكهرل من خلال ما يسمى بتفاعل الأكسدة، وفي الوقت نفسه، يستقبل القطب السالب الإلكترونات في الطرف الموجب مستكملاً بذلك دارة تدفق الإلكترونات، ويعمل الكهرل بعدها على السماح للمواد الكيميائية المختلفة المتواجدة في القطب الموجب والسالب بالاتصال مع بعضها البعض، بطريقة يعمل فيها الكمون الكيميائي على موازنة طرفي البطارية، من خلال تحويل الطاقة الكيميائية المخزنة إلى طاقة كهربائية مفيدة، ويقول “آلانور” إن هذين التفاعلين يحدثان في وقت واحد، وأن الأيونات تنقل التيار من خلال الكهرل بينما تتدفق الإلكترونات في الدائرة الخارجية، وهذا ما يولّد التيار الكهربائي.
إذا كانت البطارية من النوع الغير قابل للشحن، فهي تنتج الكهرباء حتى تنفد منها المواد المتفاعلة، كما أن هذه البطاريات تعمل في اتجاه واحد فقط، وتحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية، ولكن يوجد أنواع أخرى من البطاريات تعكس التفاعلات، و قد تم تصميم البطاريات القابلة لإعادة الشحن (مثل النوع الموجود في الهاتف المحمول الخاص بك أو في السيارة) بحيث يتم إدخال الطاقة الكهربائية المتأتية من مصدر خارجي (الشاحن الّذي يمكنك وصله في مقبس الحائط أو عن طريق الدينامو في سيارتك) إلى النظام الكيميائي للبطارية، وعكس عملها من خلال ذلك، وإعادة شحن البطارية.
تعمل مجموعة مختبرات (Sadoway) في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا على صناعة بطاريات أكثر كفاءة لاستخدامات متعددة، وبغية تصنيع بطاريات قادرة على تخزين الطاقة على نطاق واسع، يعمل الفريق على تصنيع بطاريات من المعدن المسال، بحيث أن الكهرل، القطب الموجب، والسالب هم جميعهم مصنعون من السائل، كما يتم تطوير أغشية رقيقة لبطارية البوليمر بكهرل مرن مصنوع من هلام غير قابل للاشتعال، وهذه البطاريات خاصة بتطبيقات الأجهزة المحمولة، كما يتطلع المختبر إلى أهداف أخرى، تتمثل بصناعة بطاريات باستخدام مواد مهملة، مع التركيز على أن تكون هذه المواد متوافرة بشدة، ورخيصة وآمنة والتي تتوافر فيها ذات الإمكانيات التجارية لبطاريات الليثيوم الشعبية.