بطارية قلوية قابلة لإعادة الشحن

البطارية القلوية القابلة لإعادة الشحن ، والمعروفة أيضًا باسم البطارية القلوية القابلة لإعادة الشحن أو بطارية المنغنيز القلوية القابلة لإعادة الشحن (RAM)، هي نوع من البطاريات القلوية التي يمكن إعادة شحنها لاستخدامها بشكل متكرر. تشمل أنواعها AAA و AA و C و D وبطاريات 9 فولت سهلة التركيب . تُصنع البطاريات القلوية القابلة لإعادة الشحن مشحونة بالكامل، ولديها القدرة على الاحتفاظ بشحنتها لسنوات، وهي مدة أطول من بطاريات النيكل-كادميوم وبطاريات هيدريد النيكل-معدن ، التي تُفرغ شحنتها ذاتيًا. ^{[ 4 ]} تتميز البطاريات القلوية القابلة لإعادة الشحن بكفاءة عالية في إعادة الشحن، كما أنها أقل ضررًا على البيئة من البطاريات غير القابلة لإعادة الشحن.

طُرحت الجيل الأول من البطاريات القلوية القابلة لإعادة الشحن من قِبل شركتي يونيون كاربايد ومالوري في أوائل سبعينيات القرن الماضي. ^{[ 3 ] [ 5 ]} بعد توقف يونيون كاربايد عن إنتاج هذه البطاريات، سُجّلت عدة براءات اختراع، وفي عام 1986، تأسست شركة باتري تكنولوجيز الكندية لتطوير الجيل الثاني من هذه البطاريات تجاريًا، تحت العلامة التجارية "RAM". وكان أول منتج يُرخّص ويُباع تجاريًا من إنتاجها لشركة رايوفاك تحت العلامة التجارية "Renewal". ^{[ 6 ]} في العام التالي، أطلقت شركة بيور إنرجي بطاريات "Pure Energy". بعد إعادة صياغة بطاريات Renewal لتكون خالية من الزئبق في عام 1995، أصبحت بطاريات RAM القلوية المرخصة اللاحقة خالية من الزئبق، وشملت ALCAVA وAccuCell وGrandcell وEnviroCell. ^{[ 3 ]} وشهدت هذه البطاريات تطورات تكنولوجية وبراءات اختراع لاحقة.

تُصنع البطاريات القلوية القابلة لإعادة الشحن بطريقة مشابهة جدًا للبطاريات القلوية غير القابلة لإعادة الشحن. تُضغط عجينة الكاثود داخل علبة فولاذية تُشكل القطب الموجب للبطارية. أما القطب السالب فيتكون من مسحوق الزنك المُعلق في مادة هلامية، مع وصلة فولاذية تمتد إلى قاعدة الخلية لتشكيل القطب السالب. ومن بين خصائص البطاريات القلوية القابلة لإعادة الشحن التي تختلف عن البطاريات القلوية غير القابلة لإعادة الشحن ما يلي:

• إن وجود كبريتات الباريوم أو إضافات أخرى في خليط الكاثود ، مما يحسن من دورات الشحن والتفريغ ويزيد من السعة عن طريق منع تكوين مركبات المنغنيز غير القابلة للذوبان .
• يحتوي الكاثود أيضًا على عامل حفاز لإعادة تركيب أي هيدروجين يتكون؛ يتم إنتاج الهيدروجين عندما تتآكل حبيبات الزنك الدقيقة التي تتكون أثناء إعادة الشحن بواسطة الإلكتروليت.
• تتم إضافة أكسيد الزنك إلى خليط الكاثود لتقليل توليد غاز الهيدروجين؛ ويتفكك أكسيد الزنك عند الشحن لتكوين الأكسجين.
• تم تصميم الفاصل بين المصعد والمهبط ليكون مقاومًا بشكل خاص لنمو حبيبات الزنك، والتي يمكن أن تخترق الخلية وتسبب قصرًا كهربائيًا . ^{[ 4 ]}

يتم تصنيع الخلايا وهي مشحونة وجاهزة للاستخدام.

على الرغم من إمكانية استخدام هذه البطاريات في أي جهاز يدعم الحجم القياسي (AA، AAA، C، D، إلخ)، إلا أنها مصممة لتدوم أطول في الأجهزة التي تُستخدم بشكل دوري. يُعد هذا النوع من البطاريات مناسبًا بشكل أفضل للأجهزة منخفضة الاستهلاك للطاقة، مثل أجهزة التحكم عن بُعد، أو للأجهزة التي تُستخدم بشكل دوري، مثل المصابيح اليدوية ، وأجهزة التحكم عن بُعد للتلفزيون، وأجهزة الراديو المحمولة، وما إلى ذلك. إذا انخفض مستوى شحنها إلى أقل من 25%، فيمكن إعادة شحنها لمئات الدورات حتى تصل إلى حوالي 1.42  فولت. أما إذا انخفض مستوى شحنها إلى أقل من 50%، فيمكن إعادة شحنها بالكامل تقريبًا لبضع عشرات من الدورات، حتى تصل إلى حوالي 1.32  فولت. بعد تفريغها بشكل كامل، لا يمكن استعادة سعتها الأصلية العالية إلا بعد بضع دورات من الشحن والتفريغ.

لا يُوصي المصنّعون بإعادة شحن البطاريات القلوية غير القابلة لإعادة الشحن، ويحذرون من أن ذلك قد يكون خطيرًا. ^{[ 7 ]} على الرغم من هذه النصيحة، فقد أُعيد شحن البطاريات القلوية، ووُفرت أجهزة الشحن. ^{[ 8 ] [ 9 ]} تنخفض سعة البطارية القلوية المُعاد شحنها مع عدد مرات إعادة الشحن، حتى تصبح غير قابلة للاستخدام بعد حوالي عشر دورات شحن. لا يُناسب التيار المستمر ذو التموج المنخفض شحن البطاريات القلوية غير القابلة لإعادة الشحن؛ بل يُناسبها تيار نبضي بمعدل 40 إلى 200 نبضة في الثانية، بدورة تشغيل 80% . يبدو أن الشحن النبضي يُقلل من خطر تسرب الإلكتروليت - عادةً هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH). يجب أن يكون تيار الشحن منخفضًا لمنع الإنتاج السريع للغازات التي يُمكن أن تُؤدي إلى تمزق الخلية. الخلايا التي تسرب منها الإلكتروليت غير آمنة وغير صالحة لإعادة الاستخدام. تُشحن الخلايا الفارغة تمامًا بشكل أقل نجاحًا من الخلايا المستنفدة جزئيًا، خاصةً إذا تم تخزينها في حالة تفريغ - ولا يدعي مصنعو شواحن البطاريات إعادة شحن الخلايا الميتة. ^{[ 9 ]}

قد تؤدي محاولة إعادة شحن بطارية قلوية فارغة إلى إنتاج غاز داخل العلبة المغلقة؛ وقد يتسبب الضغط الناتج عن التراكم السريع للغاز في فتح صمام تخفيف الضغط وتسرب المحلول الإلكتروليتي. يُعد هيدروكسيد البوتاسيوم الموجود في المحلول الإلكتروليتي مادة أكالة وقد يُسبب إصابات وأضرارًا.

عند تفريغ بطارية قلوية، تتفاعل المواد الكيميائية داخلها لتوليد تيار كهربائي . ومع استهلاك هذه المواد وتراكم نواتج التفاعل، تعجز البطارية في النهاية عن توفير التيار الكافي، فتُستنفد. ويمكن إعادة التوازن إلى حالة التفاعل الأصلية عن طريق تمرير تيار عكسي عبر البطارية. وتعتمد البطاريات المختلفة على تفاعلات كيميائية مختلفة، بعضها قابل للانعكاس بسهولة، وبعضها الآخر غير قابل. وتندرج التفاعلات المستخدمة في معظم البطاريات القلوية ضمن الفئة الأخيرة. وعلى وجه الخصوص، فإن الزنك المعدني الناتج عن تمرير تيار عكسي عبر الخلية لا يعود عادةً إلى موقعه الأصلي، وقد يُشكّل بلورات تُلحق الضرر بطبقة الفصل بين مصعد البطارية والإلكتروليت.

كانت البطاريات القلوية القابلة لإعادة الشحن، في وقت من الأوقات، أرخص من أنواع البطاريات القابلة لإعادة الشحن الأخرى. ^{[ 4 ]} يمكن تصنيع الخلايا وهي مشحونة بالكامل وتحتفظ بسعتها جيدًا. تبلغ سعتها حوالي ثلثي سعة الخلايا الأولية . وهي من نوع الخلايا الجافة، محكمة الإغلاق تمامًا ولا تتطلب صيانة. تتمتع الخلايا بعمر افتراضي محدود، يتأثر بالتفريغ العميق؛ حيث توفر الدورة الأولى أعلى سعة، وإذا تم تفريغها بعمق، فقد توفر الخلية 20 دورة فقط. تتناقص الطاقة المتاحة في كل دورة. ومثل الخلايا القلوية الأولية، تتميز بمقاومة داخلية عالية نسبيًا، مما يجعلها غير مناسبة لتيارات التفريغ العالية (على سبيل المثال، تفريغ سعتها بالكامل في ساعة واحدة).

على عكس البطاريات القلوية القابلة لإعادة الشحن، تتحمل بطاريات النيكل-معدن الهيدريد (NiMH) ما بين بضع مئات إلى ألف دورة تفريغ عميق (أو أكثر)، مما يمنحها عمرًا تشغيليًا طويلًا؛ إذ أصبح عمرها الافتراضي هو العامل المحدد لها في الغالب وليس عدد دورات الشحن والتفريغ. ^{[ 10 ]} وتقترب سعة بطاريات NiMH من سعة البطاريات القلوية. ^{[ 10 ]} وعلى عكس البطاريات القلوية القابلة لإعادة الشحن أو ذات الخلايا الأولية، تتميز بطاريات NiMH بمقاومة داخلية منخفضة . وهذا ما يجعلها أكثر ملاءمة للتطبيقات التي تتطلب تيارًا عاليًا من البطاريات القلوية. ^{[ 10 ]} وتتشابه معدلات التفريغ الذاتي بين بطاريات NiMH والبطاريات القلوية خلال الأشهر الستة الأولى. ^{[ 10 ]}

تُنتج البطاريات القلوية القابلة لإعادة الشحن جهدًا كهربائيًا يبلغ حوالي 1.5 فولت، مقارنةً ببطاريات النيكل كادميوم والنيكل هيدريد المعدني التي تُنتج حوالي 1.2 فولت. في بعض التطبيقات، يُمكن أن يُحدث هذا فرقًا كبيرًا. في الحالات التي لا تعتمد فيها المقاومة بشكل كبير على الجهد أو التيار، نظرًا لأن القدرة تتناسب طرديًا مع مربع الجهد، تُوفر البطاريات القلوية القابلة لإعادة الشحن طاقةً أكبر بنسبة 50% تقريبًا. على سبيل المثال، تكون المصابيح المتوهجة أكثر سطوعًا عند تشغيلها ببطاريات قلوية قابلة لإعادة الشحن مقارنةً ببطاريات النيكل كادميوم أو النيكل هيدريد المعدني.

تم تطوير البطاريات القلوية القابلة لإعادة الشحن من البطاريات القلوية الأولية ، وهي مصممة لمقاومة التسرب الذي قد يسببه إعادة الشحن، لذلك يمكن إعادة شحنها بأمان عدة مرات.

وفقًا لمواقع EnviroCell، ^{[ 11 ]} PureEnergy وعبوات Rayovac القديمة، فإن بطاريات القلوية القابلة لإعادة الشحن من هذه الشركات المصنعة لا تحتوي على الزئبق أو الكادميوم.

• قائمة أنواع البطاريات
• قائمة أحجام البطاريات
• مقارنة أنواع البطاريات التجارية
• إعادة تدوير البطاريات

• شحن البطاريات القلوية
• بيانات سلامة المواد لهيدروكسيد البوتاسيوم من شركة JTBaker
• براءة اختراع تصف شاحن بطاريات قلوية