خلية جافة

البطارية الجافة نوع من أنواع البطاريات الكهربائية ، شائعة الاستخدام في الأجهزة الكهربائية المحمولة. على عكس البطاريات الرطبة التي تحتوي على إلكتروليت سائل، تستخدم البطاريات الجافة إلكتروليتًا على شكل معجون، وبالتالي فهي أقل عرضة للتسرب .

تم تطوير الخلية الجافة في عام 1886 من قبل العالم الألماني كارل جاسنر ، بعد تطوير بطاريات الزنك والكربون الرطبة من قبل جورج ليكلانشيه في عام 1866. كما تم تطوير نوع من الخلايا الجافة من قبل المخترع الياباني ساكيزو ياي في عام 1887.

حاول العديد من الباحثين تثبيت الإلكتروليت في الخلية الكهروكيميائية لتسهيل استخدامها. تُعدّ كومة زامبوني لعام 1812 بطارية جافة عالية الجهد، لكنها قادرة على توليد تيارات ضئيلة للغاية. أُجريت تجارب متنوعة باستخدام السليلوز، ونشارة الخشب، والزجاج المغزول، وألياف الأسبستوس، والجيلاتين. ^{[ 1 ]}

في عام 1886، حصل كارل غاسنر على براءة اختراع ألمانية (رقم 37758) لنوع مُعدّل من خلية ليكلانشيه (الرطبة) ، والتي عُرفت لاحقًا بالخلية الجافة لعدم احتوائها على إلكتروليت سائل حر. فبدلًا من ذلك، كان يُخلط كلوريد الأمونيوم مع جبس باريس لتكوين معجون، مع إضافة كمية صغيرة من كلوريد الزنك لإطالة مدة صلاحيته. يُغمر قطب ثاني أكسيد المنغنيز السالب في هذا المعجون، ويُغلّف كلاهما بغلاف من الزنك، الذي يعمل أيضًا كقطب موجب. في نوفمبر 1887، حصل على براءة اختراع أمريكية رقم 373064 لنفس الجهاز. ^{[ 2 ]} كما تم اختراع بطارية جافة في اليابان خلال عصر ميجي عام 1887، وكان مخترعها ساكيزو ياي . ^{[ 3 ]} مع ذلك، ولأن ياي لم يكن يملك المال الكافي لتسجيل براءة الاختراع، ^{[ 4 ]} لم يكن ياي أول من حصل على براءة اختراع بطارية في اليابان، بل تاكاهاشي إيتشيسابورو . كما اخترع فيلهلم هيلسن بطارية جافة عام 1887 وحصل على براءة الاختراع الأمريكية رقم 439151 عام 1890. ^{[ 3 ]}

على عكس البطاريات الرطبة السابقة، تتميز بطارية غاسنر الجافة بمتانتها، وعدم حاجتها للصيانة، وعدم انسكابها، وإمكانية استخدامها بأي وضعية. وتوفر جهدًا كهربائيًا قدره 1.5 فولت. كان أول نموذج يُنتج بكميات كبيرة هو بطارية كولومبيا الجافة، التي سوّقتها شركة ناشيونال كاربون لأول مرة عام 1896. ^{[ 5 ]} حسّنت الشركة نموذج غاسنر باستبدال الجبس بالكرتون الملفوف، وهو ابتكار يتيح مساحة أكبر للكاثود ويجعل تجميع البطارية أسهل. كانت هذه أول بطارية عملية متاحة للجميع، وجعلت الأجهزة الكهربائية المحمولة شائعة الاستخدام.

لا تزال خلية الزنك والكربون (كما أصبحت تُعرف) تُصنع حتى اليوم.

تستخدم الخلية الجافة إلكتروليتًا معجونًا ، يحتوي على كمية كافية من الرطوبة لتمرير التيار. وعلى عكس الخلية الرطبة ، يمكن للخلية الجافة العمل في أي وضعية دون انسكاب، لعدم احتوائها على سائل حر، مما يجعلها مناسبة للأجهزة المحمولة. في المقابل، كانت الخلايا الرطبة الأولى عبارة عن حاويات زجاجية هشة مزودة بقضبان رصاص معلقة من فتحتها العلوية، وتتطلب عناية فائقة لتجنب الانسكاب . لم تصل بطاريات الرصاص الحمضية إلى مستوى أمان وسهولة حمل الخلية الجافة إلا مع تطوير بطارية الجل . ولا تزال الخلايا الرطبة تُستخدم في التطبيقات التي تتطلب استهلاكًا عاليًا للطاقة، مثل تشغيل محركات الاحتراق الداخلي ، لأن تثبيط تدفق الإلكتروليت يقلل من قدرة التيار.

الخلية الجافة الشائعة هي خلية الزنك والكربون ، والتي تسمى أحيانًا خلية ليكلانشيه الجافة ، بجهد اسمي يبلغ 1.5 فولت ، وهو نفس جهد الخلية القلوية (لأن كليهما يستخدم نفس تركيبة الزنك وثاني أكسيد المنغنيز ).

تتكون الخلية الجافة القياسية من مصعد زنك ، عادةً ما يكون على شكل وعاء أسطواني، ومهبط كربوني على شكل قضيب مركزي. ويكون المحلول الإلكتروليتي عبارة عن كلوريد الأمونيوم على شكل معجون بجوار مصعد الزنك. أما المساحة المتبقية بين المحلول الإلكتروليتي والمهبط الكربوني فتُملأ بمعجون ثانٍ يتكون من كلوريد الأمونيوم وثاني أكسيد المنغنيز ، حيث يعمل الأخير كمزيل للاستقطاب . وفي بعض التصاميم، التي تُسوّق غالبًا على أنها "شديدة التحمل"، يُستبدل كلوريد الأمونيوم بكلوريد الزنك .

الخلايا الأولية غير قابلة لإعادة الشحن ويتم التخلص منها بشكل عام بعد أن يستهلك التفاعل الداخلي للخلية المواد الكيميائية الأولية المتفاعلة.

الخلايا الثانوية قابلة لإعادة الشحن، ويمكن إعادة استخدامها عدة مرات.

• الخلية الأولية
  • خلية الزنك والكربون
  • الخلية القلوية
  • خلية الليثيوم
  • خلية الزئبق
  • خلية أكسيد الفضة
• الخلية الثانوية
  • خلية نيكل-كادميوم
  • خلية أيون الليثيوم
  • خلية هيدريد النيكل المعدني

• قائمة أحجام البطاريات
• قائمة أنواع البطاريات
• بطارية قابلة للشحن
• خلية رطبة