اقرأ في هذا المقال
ما هي البطارية؟
البطارية عبارة عن جهاز إلكتروني مصنوع من خلية واحدة أو أكثر يحول الطاقة الكيميائية المعبأة داخل موادها النشطة إلى طاقة كهربائية لتوفير شحنة كهربائية ثابتة للطاقة.
يتم إنتاج الإلكترونات من خلال تفاعلات كهروكيميائية تتضمن نقل الإلكترونات عبر دائرة إلكترونية. بعبارات بسيطة، تعد البطارية مصدراً ثابتاً للطاقة التي تزود الكهرباء في شكل تيار مباشر (DC). تحتوي البطارية عادةً على طرف موجب (+ ve) وسالب (-ve).
شرح البطارية ومكوناتها:
الخلية هي وحدة الطاقة الأساسية للبطارية والتي تتكون من ثلاث بتات رئيسية. بالإضافة إلى وجود قطبين كهربائيين ومادة كيميائية تسمى “إلكتروليت” تملأ الفجوة بين الأقطاب الكهربائية.
عندما يتم توصيل الأقطاب الكهربائية بدائرة كهربائية، تعبر الإلكترونات من الطرف السالب إلى الطرف الموجب، مما يؤدي في النهاية إلى تكوين شحنة كهربائية. يتم تخزين الطاقة داخل البطارية على شكل طاقة كيميائية يتم تحويلها إلى طاقة كهربائية، مما يؤدي إلى إطلاق الكهرباء من خلال تفاعل كيميائي ينتج عنه في النهاية تيار كهربائي.
خذ مثالاً على ذلك المصباح اليدوي. عندما تضع البطاريات القلوية في المصباح اليدوي وتقوم بتشغيل المفتاح، فلن تفعل شيئاً سوى إكمال الدائرة. يتم تحويل الطاقة الكيميائية المخزنة داخل البطارية إلى طاقة كهربائية، والتي تنتقل بعد ذلك من البطارية، مما يؤدي إلى إضاءة المصباح.
هذا لأنّ الإلكترونات تمر عبر الدائرة. يتكون الكاثود والأنود عموماً من مواد مختلفة. يحتوي القطب الموجب على مادة تتخلى عن الإلكترونات بسهولة تامة مثل “الليثيوم”.
تصل الإلكترونات إلى الكاثود فقط من خلال دائرة خارجية للبطارية. المنحل بالكهرباء، الجزء الأكثر أهمية في تشغيل البطارية، ينقل الأيونات بين التفاعلات الكيميائية التي تحدث في الأقطاب الكهربائية. تسمى هذه التفاعلات الكيميائية مجتمعة بتفاعلات “الأكسدة والاختزال”.
ما هو المكثف؟
المكثف، هو أيضاً مكون إلكتروني يخزن الطاقة الكهروستاتيكية في مجال كهربائي. إنّها تشبه إلى حد كبير البطارية ولكنّها تستخدم لأغراض مختلفة تماماً. بينما تستخدم البطارية التفاعلات الكيميائية لتخزين الطاقة الكهربائية وتطلق الطاقة ببطء شديد عبر دائرة إلكترونية، فإنّ المكثفات قادرة على إطلاق الطاقة بسرعة كبيرة.
يحتوي المكثف على موصلين كهربائيين على الأقل مفصولين بواسطة عازل. عندما يتطور مجال كهربائي عبر العازل، فإنّه يتوقف عن التدفق ويبدأ الشحن الكهربائي في التراكم على الألواح. يمكنك العثور على جميع أنواع المكثفات بدءاً من حبات المكثفات الصغيرة الموجودة في دوائر الرنين إلى مكثفات تصحيح الطاقة العالية المستخدمة في العمليات واسعة النطاق.
يتكون المكثف أساساً من لوحتين معدنيتين أو أكثر غير متصلين ببعضهما البعض ولكن يتم فصلهما كهربائياً بواسطة مادة غير موصلة مثل “السيراميك والبورسلين والسليلوز والميكا والتفلون”. يحدد العازل بشكل عام نوع المكثف وما الذي يمكن استخدامه بشكل مثالي. في حين أنّ بعض المكثفات مثالية لعمليات التردد العالي، في حين أنّ بعضها مناسب بشكل أفضل لتطبيقات الجهد العالي.
الفرق بين المكثف والبطارية:
- تعريف المكثف والبطارية: بينما تخزن البطارية طاقتها الكامنة في شكل تفاعلات كيميائية قبل تحويلها إلى طاقة كهربائية، تخزن المكثفات الطاقة الكامنة في مجال كهربائي. على عكس البطارية، فإنّ جهد المكثف متغير ويتناسب مع كمية الشحنة الكهربائية المخزنة على الألواح.
- تطبيقات المكثف والبطارية: يمكن للبطارية عادةً تخزين كمية أكبر من الشحنات الكهربائية، بينما المكثف، من ناحية أخرى، قادر على التعامل مع تطبيقات الجهد العالي ومثالي للاستخدامات عالية التردد.
- معدل شحن / تفريغ المكثف والبطارية: عادةً ما يكون المعدل الذي يكون فيه المكثف قادراً على الشحن والتفريغ أسرع مما تستطيعه البطارية لأنّ المكثف يخزن الطاقة الكهربائية مباشرة على الألواح. تتأخر العملية قليلاً في حالة وجود بطارية بسبب التفاعل الكيميائي المتضمن أثناء تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية.
- تخزين الطاقة للمكثف والبطارية: بينما يتم استخدام كلا الجهازين الإلكترونيين لتخزين الطاقة الكهربائية، فإنّ الطريقة التي تختلف بها بشكل كبير. تخزن البطارية الطاقة الكهربائية على شكل طاقة كيميائية، بينما يخزن المكثف الطاقة الكهربائية في مجال مغناطيسي. هذا هو السبب في أنّ البطاريات تخزن الكثير من الشحن لكنّها تشحن / تفريغ ببطء شديد.
- قطبية المكثف والبطارية: يجب أن تكون قطبية الدائرة الإلكترونية معكوسة أثناء شحن البطارية، بينما يجب أن تكون هي نفسها كما يفترض أن تكون أثناء الاستخدام في حالة وجود مكثف. تحافظ البطارية على تدفق جهد ثابت عبر المحطات ولا يتم تفريغها إلا عندما ينخفض الجهد.
جدول المقارنة بين المكثف والبطارية:
يتم شرح الفرق بين المكثف والبطارية بالنظر إلى عوامل مثل وظيفة المكثف والبطارية، ونوع المكون، واستخدامهما، والجهد، ووقت الشحن والتفريغ، ودورة الحياة، والتكلفة، يظهر الفرق بين المكثف والبطارية أدناه في الجدول:
| أسس المقارنة | المكثف | البطارية |
| التعريف | يتم تخزين الطاقة الكامنة في شكل مجال كهربائي. | يتم تخزين طاقتها الكامنة في شكل كيميائي. |
| الوظيفة | يقوم المكثف بسحب الطاقة من الدائرة ويخزنها ثم يطلقها. | توفر البطارية الطاقة للدائرة. |
| نوع المكون | إنّه المكون السلبي أو الخامل للدائرة. | إنّه المكون النشط للدائرة. |
| الاستخدام | يستخدم بشكل عام لتطبيقات التيار المتردد. إنّه يحجب مكون التيار المستمر في الدائرة. | يتم استخدامه كمكونات في دائرة التيار المستمر. |
| الفولتية | في المكثف ينخفض الجهد بسرعة. | توفر البطارية جهداً ثابتاً نسبياً عند التفريغ. |
| وقت الشحن والتفريغ | الشحن والتفريغ سريعان مقارنة بالبطاريات. فهو يقع في حوالي (1 – 10) ثانية. | الشحن والتفريغ بطيء نسبياً. حوالي (10 – 60) دقيقة. |
| دورة الحياة | (1) مليون أو (30000) ساعة. | 500 أو أكثر. |
| فولتية الخلية | 2.3 إلى 2.75 فولت. | 3.6 إلى 3.7 فولت. |
| القدرة المحددة | الطاقة المحددة تصل إلى (10000) “واط / كجم”. | تتراوح قوتها النوعية من (1000 إلى 3000). |
| التكلفة | تكلفة المكثف أعلى. | تكلفة البطارية أقل مقارنة بالمكثف. |
| خدمة الحياة | (10 – 15) سنة. | من (5 إلى 10) سنوات. |
| درجة حرارة الشحن | -40 إلى 65 درجة مئوية. | من 0 إلى 45 درجة مئوية. |
| فرق الجهد الكهربائي | يزداد فرق الجهد الكهربائي أسياً مع مرور الوقت. | فرق الجهد الكهربائي الناتج عن البطارية ثابت. |
| القطبية | يجب أن تكون قطبية المكثف هي نفسها في وقت الشحن والاستخدام. | يتم عكس قطبية البطارية في وقت الشحن والاستخدام. |
| الأنواع | كهربائياً والسيراميك والتنتالوم. | القلوية، حامض الرصاص، الليثيوم، ليثيوم أيون، نيكل كادميوم، كربون الزنك. |
| القياس | المكثفات كبيرة الحجم. | البطاريات صغيرة الحجم مقارنة بالمكثف. |
على الرغم من أنّ كل من البطاريات والمكثفات تؤدي نفس وظيفة تخزين الطاقة، فإنّ الاختلاف الرئيسي بينهما يكمن في الطريقة التي تؤدي بها هذه المهمة. تقوم البطارية بتخزين الطاقة وتوزيعها خطياً بينما تقوم المكثفات بتخزين الطاقة وتوزيعها على دفعات قصيرة.
