How batteries work – Adam Jacobson

المترجم: Ahmed Mohamed المدقّق: Anwar Dafa-Alla أنت غالبًا تعلم هذا الاحساس عندما يلفظ هاتفك برنته الأخيرة ويتوقف في منتصف المكالمة في تلك اللحظة، ربما تشعر أنك تريد رمي بطاريتك بعيدًا بدلًا من مدحها ولكن البطاريات هي انتصار للعلم فهم يسمحون للهواتف الذكية والتقنيات الأخرى بالوجود دون تثبيتنا بجحيم الارتباط بأسلاك الطاقة ولكن حتى أفضل البطاريات تفرغ يوميًا وتفقد سِعتها ببطء حتى تنتهي نهائيًا إذا لماذا يحدث هذا؟ وكيف بطارياتنا تخزن كل هذه الشحنات في المقام الأول؟ البداية كانت في عام 1780 مع عالمين ايطاليين لويجي جالفاني وأليساندرو فولتا وضفدع تقول الأسطورة أنه بينما كان جالفاني يدرس رجل ضفدع اصطدم أحد أدواته المعدنية بأحد اعصابه مما جعل عضلات الرجل تنتفض سمى جلفاني هذه الكهربية الحيوانية معتقدًا إن هذه النوعية من الكهرباء مخزنة في مادة الحياة ولكن لم يوافقه فولتا الرأي قائلًا بأنه كان المعدن نفسه هو الذي جعل الرجل تنتفض الجدال حُسم في النهاية بتجربة فولتا المُبتكرة فقد اختبر فكرته عن طريق رص طبقات من الزنك والنحاس بالتبادل مفصولون بواسطة ورق أو قماش منقوع بمحلول ملحي ما حدث في خلية فولتا هو ما يسميه الكيميائيون حاليًا التأكسد والاختزال فالزنك يتأكسد ويعني هذا أنه يفقد الكترون والذي في المقابل يتم اكتسابه بواسطة الأيونات الموجودة في الماء بعملية تسمى الاختزال، منتجة غاز الهيدروجين ولقد صُعق فولتا ليتعلم الجزء الأخير فقد كان يظن إن التفاعل يتم في النحاس وليس المحلول ومع ذلك، فنحن نُكرم اكتشاف فولتا اليوم بتسمية الوحدة القياسية لفرق الجهد الكهربي “الفولت” دائرة الأكسدة والاختزال تلك تنتج سيل من الالكترونات بين مادتين وإذا وضعت مصباح كهربي أو مكنسة كهربية بين الاثنين ستمدها بالطاقة منذ العام 1700، والعلماء يحسنون من تصميم فولتا فقد قاموا باستبدال المحلول الكيميائي بخلايا جافة محشوة بعجينة كيميائية ولكن لازال المبدأ كما هو فالمعدن يتأكسد، ويرسل الكترونات لتقوم ببعض الشغل قبل أن يُكتسبوا من جديد بالمادة المُختزلة ولكن أي بطارية لها مخزون محدد من المعدن وبمجرد أن يتأكسد معظمه، تفرغ البطارية لذا البطاريات القابلة لإعادة الشحن توفر لنا حلًا مؤقتًا لهذه المشكلة بجعل عملية الأكسدة والاختزال قابلة للانعكاس فالالكترونات ترجع في الاتجاه المعاكس عن طريق التوصيل بالكهرباء بتوصيل الشاحن تنسال الكهرباء من مخرج الحائط وتقود التفاعل ليجدد المعدن ليجعل المزيد من الالكترونات متاحة للأكسدة في المرة القادمة التي نحتاجهم بها ولكن حتى البطاريات القابلة للشحن لا تدوم للأبد فبمرور الوقت، وبتكرار هذه العملية ينتج شوائب وتشوه في السطح المعدني والذي يمنع حدوث عملية الأكسدة بشكل صحيح فالالكترونات لا تكون متاحة للسريان عبر الدائرة وتنتهي البطارية بعض البطاريات التي يُعاد شحنها يوميًا ستنتهي بعد عدة مئات من المرات فقط من دورات الشحن-التفريغ بينما الأحدث، البطاريات الأكثر تطورًا من الممكن أن تظل تعمل بكفاءة لآلاف المرات بطاريات المستقبل من الممكن أن تكون شرائح خفيفة ونحيفة والتي تعمل بمبادئ الفيزياء الكمومية وتدوم لمئات الآلاف من دورات الشحن ولكن حتى يجد العلماء الطريقة لأستخدام الحركة لشحن بطارية هاتفك، كما يحدث بالسيارات أو يقومون بتركيب الواح طاقة شمسية بطريقة ما في الجهاز فتوصيل شاحنك في الحائط بدلًا من استخدام بطارية لشحن أخرى هو الحل الأمثل لتجنب هذا الانقطاع المفاجئ