بطارية جافة

ما هي البطارية الجافة؟

البطارية الجافة هي نوع من البطاريات الكهربائية التي تستخدم عادة للأجهزة الكهربائية المحمولة. على عكس بطاريات الخلايا الرطبة التي تحتوي على سائل إلكتروليت ، تستخدم الخلايا الجافة المنحل بالكهرباء في شكل عجينة وبالتالي فهي أقل عرضة للتسرب.
تم تطوير الخلية الجافة في عام 1886 من قبل العالم الألماني كارل جيسنر ، بعد تطوير بطاريات الزنك والكربون الرطب بواسطة جورج لوكلير في عام 1866. تم تطوير نوع من الخلايا الجافة أيضًا بواسطة ساكيزو ياي الياباني في عام 1887.

تاريخ

حاول العديد من المجربين شل حركة المنحل بالكهرباء لخلية كهروكيميائية لتسهيل استخدامها. شمعات الإشعال Zamboni 1812 عبارة عن بطارية جافة عالية الجهد ، لكنها قادرة على حمل التيارات الصغيرة. أجريت تجارب مختلفة على السليلوز ونشارة الخشب والزجاج المشع وألياف الاسبستوس والجيلاتين.
في عام 1886 ، حصل كارل جيسنر على براءة اختراع ألمانية (رقم 37758) على متغير من خلية Leclanché (الرطبة) ، والتي أصبحت تُعرف باسم بطارية جافة بسبب عدم وجود سائل إلكتروليت حر. بدلاً من ذلك ، تم خلط كلوريد الأمونيوم مع جص باريس لتشكيل عجينة وأضيفت كمية صغيرة من كلوريد الزنك لإطالة عمر القشرة. تم غمر الكاثود ثنائي أكسيد المنغنيز في هذا المعجون ، وكلاهما محكم الإغلاق في غلاف من الزنك ، والذي كان بمثابة الأنود أيضًا. تم اختراع بطارية جافة في اليابان خلال حقبة ميجي عام 1887. كان مخترعها ساكيزو ياي. ومع ذلك ، لم يكن لدى Yai ما يكفي من المال للحصول على براءة اختراع ، لذلك لم يكن صاحب براءة اختراع البطاريات الأول في اليابان Yai ، ولكن Takahashi Ichisaburo. اخترع ويلهلم هيلسن أيضًا بطارية جافة وفي عام 1890 حصل على براءة اختراع أمريكية 439151.
على عكس البطاريات الرطبة السابقة ، تعد بطارية Gessner الجافة أكثر صلابة ولا تتطلب صيانة ولا تسكب ويمكن استخدامها في أي اتجاه. يوفر جهد 1.5 فولت. كان أول طراز تم إنتاجه بكميات كبيرة هو بطارية كولومبيا الجافة ، التي تم تسويقها لأول مرة من قبل شركة الكربون الوطنية في عام 1896. قامت NCC بتحسين نموذج Gassner من خلال استبدال جص باريس بالكرتون المموج ، وهو ابتكار ترك مساحة أكبر للكاثود وجعل تجميع البطارية أسهل. كانت أول بطارية مناسبة للجماهير وجعلت الأجهزة الكهربائية المحمولة عملية.
لا تزال خلية الكربون الزنك (كما أصبحت معروفة) تُنتج حتى اليوم.

تصميم بطارية جافة

تستخدم الخلية الجافة إلكتروليتًا عجينًا يحتوي على رطوبة كافية للسماح بتدفق التيار. على عكس البطاريات الرطبة ، يمكن للبطارية الجافة أن تعمل في أي اتجاه دون انسكاب لأنها لا تحتوي على سائل حر وهي مناسبة للأجهزة المحمولة. وبالمقارنة ، كانت الخلايا المبللة الأولى عادة عبارة عن حاويات زجاجية هشة مع قضبان من الرصاص معلقة من الأعلى تتطلب معالجة دقيقة لمنع الانسكاب. لم تحقق بطاريات الرصاص الحمضية سلامة الخلية الجافة وقابليتها للنقل حتى تم تطوير بطارية الهلام. استمر استخدام الخلايا الرطبة للتطبيقات عالية الصرف ، مثل بدء تشغيل محركات الاحتراق الداخلي ، لأن تثبيط تدفق الإلكتروليت يقلل من القدرة الحالية.
الخلية الجافة النموذجية هي خلية الكربون الزنك ، والتي تسمى أحيانًا خلية Leclanché الجافة ، بجهد اسمي يبلغ 1.5 فولت ، على غرار الخلية القلوية (حيث يستخدم كلاهما نفس مركب ثاني أكسيد الزنك والمنغنيز).
تتكون البطارية الجافة القياسية من أنود الزنك ، عادة على شكل وعاء أسطواني ، مع كاثود كربون على شكل قضيب مركزي. يكون إلكتروليت كلوريد الأمونيوم على شكل معجون بجوار أنود الزنك. يشغل الفراغ المتبقي بين المنحل بالكهرباء وكاثود الكربون عجينة ثانية تتكون من كلوريد الأمونيوم وثاني أكسيد المنغنيز ، ويعمل الأخير كمزيل للاستقطاب. في بعض التصاميم ، التي يتم تسويقها غالبًا على أنها “متينة” ، يتم استبدال كلوريد الأمونيوم بكلوريد الزنك.