بطارية زنك-كربون

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
اذهب إلى: تصفح، ‏ ابحث
بطاريات زنك-كربون مختلفة الأحجام.

بطارية الزنك والكربون أو البطارية الجافة هي عبارة عن خلية جلفانية تحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائيه ، وبالتالي هي مصدر للتيار الكهربائي . تستخدم في أدوات معهودة كثيرة مثل بطاريات الجيب والساعات والأجهزة الإلكترونية مثل الراديو.

مقدمة[عدل]

بطارية الزنك-كربون من البطاريات البسيطة ، وهي تختلف عن المركم في كونها لا يمكن إعادة شحنها . تعددت استخدامات تلك البطارية حتى نهاية السبعينيات من القرن الماضي في مختلف الأحجام وكان لها معدل للتفريغ الذاتي ليس بقليل ، ثم استبدلت ببطاريات اخرى مرتفعة القدرة ، مثل بطارية قلوي-منجنيز .

يبلغ جهد بطارية الزنك-كربون نحو 1.5 فولط. وعن طريق توصيل عدة بطاريات منها على التوالي (سالب موجب- سالب موجب وهكذا مثلما في بطارية الجيب ) يمكن زيادة الجهد الكلي للمجموعة . ويوجد منها أنواع ذات جهد 4.5 فولط (مكونة من ثلاث بطاريات في علبة واحدة) ونوع آخر يعطي جهدا قدره 6 فولط (مكونة من 4 بطاريات في علبة واحدة ، لأن الخلية الواحدة من البطارية تعطي 1.5 فولط فقط طبقا لخواص المادتين المستخدمتين لتشغيلها وهما الزنك و المنجنيز).

تركيبها[عدل]

قطاع في بطارية زنك-كربون.

تتكون بطارية الزنك والكربون من علبة من الزنك (تمثل القطب السالب) ومسحوق ثاني أكسيد المنجنيز (كقطب موجب) وهو يحوي عمودا مركزيا من الكربون المضغوط (أو الجرافيت) ، يغطي عمود الكربون غطاء معدنيا لتحسيت توصيل التيار . يستخدم كهرل مكون من محلول كلوريد الأمونيوم بتركيز 20 % . يتم استخدام البطارية كمصدر للكهرباء عن طريق توصيل الجهاز المستهلك (مثل بطارية جيب) بقطبي البطارية .

تستهلك علبة الزنك المحيطة بالكهرل وتتآكل بتشغيل البطارية (القطب السالب). ويغطى عمود الكربون (القطب الموجب) غطاء معدنيا لتحسين توصيل الكهرباء . [1] التفاعل الكيميائي المنتج للكهرباء يتم بين الزنك وأكسيد المنجنيز .

مشكلاتها[عدل]

تآكل الزنك في بطارية الزنك-كربون.


كانت بطاريات الزنك-كربون معرضة لتسرب محلول الكهرل منها ، فكان ذلك يفسد الجهاز الكهربائي الذي يستخدمها . لهذا اذا استخدمت تلك البطاريات فمن المستحسن اخراج البطارية من الجهاز في أوقات عدم استخدامه .

ينخفض الجهد الابتدائي للبطارية سريعا فهي لا تصلح للاستخدام المستمر عند القدرات العالية . كما أن التفريغ الذاتي لتلك البطارية مرتفع مما يحتاج إلى عدة بطاريات احتياطية مخزونة منها .

التفاعلات[عدل]

  • القطب السالب (المصعد) :
\mathrm{ Zn \rightarrow Zn^{2+} + 2e^-}

تذهب بعض أيونات الزنك إلى محلول الكهرل ويبقى إلكترونان (عن كل ذرة زنك ) على قطب المصعد ، وينشأ على المصعد جهدا قدره [ −1.04 فولط ] .

(ملحوظة: سنرى أن القطب الآخر (المهبط) سيكون ذو شحنة موجبة مما يجعل الإلكترونات المتولدة على المصعد تتوجه خلال التوصيلة الخارجية (جهاز راديو مثلا) إلى المصعد ، وبذلك تتم الدورة الكهربائية . ونقول دورة لأن في داخل البطارية تسير الأيونات بين القطبين في الاتجاه العكسي ، فتكتمل الدورة).

  • القطب الموجب (المهبط أو الكاثود):
\mathrm{ 2MnO_2 + 2H_2O + 2e^- \rightarrow 2MnO(OH) + 2OH^-}

يأخذ ثاني اكسيد المنجنيز \  MnO_2 إلكترونين ويتفاعل مع الماء إلى هيدروكسيد أكسيد المنجنيز \ MnO(OH)    تاركا أيونات هيدروكسيد حرة. ينشأ على المهبط جهدا كهربائيا موجبا مقداره [ + 5و0 فولط]


يتكون الماء والأمونيا في كهرل كلوريد الأمونيوم :

\mathrm{ 2NH_4^+ + 2OH^- \rightarrow 2NH_3 + 2H_2O }

ما ينشأ من جزيئات الأمونيا يرتبط بأيونات الزنك :

\mathrm{ Zn^{2+} + 2NH_3 \rightarrow [Zn(NH_3)_2]^{2+} }

ويتفاعل هذا المركب مع أيونات الكلور الناشئة من كلوريد الأمونيوم :

\mathrm{ [Zn(NH_3)_2]^{2+} + 2Cl^- \rightarrow  [Zn(NH_3)_2]Cl_2 }

المعادلة الكيميائية الكلية :

\mathrm{ Zn + 2MnO_2 + 2NH_4Cl \rightarrow 2MnO(OH) + [Zn(NH_3)_2]Cl_2 }

بذلك تكون القوة الدافعة الكهربائية المتكونة نحو 5و1 فولط . وتكون القوة الدافعة الكهربائية لخلية الزنك-كربون تقريبية بسبب تأثير التفاعلات الجانبية ، في حين أن تفاعل الزنك يولد جهدا دقيق المقدار .

ورغم أن الكربون عنصر أساسي في تركيب البطارية إلا أنه لا يدخل في التفاعلات الكيميائية كما رئينا ، ووظيفته هو تجميع الإلكترونات (التيار) وخفض مقاومة مخلوط ثاني أكسيد المنجنيز . فمن الأصح أن تسمى تلك البطارية "بطارية زنك-منجنيز ".

وتعتبر هذا البطارية "بطارية أولية " حيث لا يمكن اعادة شحنها .

المراجع[عدل]

  1. ^ Stiftung Warentest - test.de, 02/2006: Batterietypen: So entsteht der Strom für unterwegs, mehrfarbiges Schnittbild zum Vergleich von „Zink-Kohle-Batterie“=Zink-Braunstein-Zelle und Alkali-Mangan-Batterie, aufgerufen 7. August 2012

وصلات خارجية[عدل]

أنظر أيضا ً[عدل]