بطارية من الفضة والزنك

بطارية الفضة والزنك هي خلية ثانوية تستخدم أكسيد الفضة (I،III ) والزنك .

تتشابه خلايا الفضة والزنك في معظم خصائصها مع بطاريات أكسيد الفضة ، إضافةً إلى قدرتها على توفير واحدة من أعلى مستويات الطاقة النوعية بين جميع مصادر الطاقة الكهروكيميائية المعروفة حاليًا. وبعد استخدامها لفترة طويلة في تطبيقات متخصصة، يجري تطويرها الآن لأسواق أكثر انتشارًا، مثل بطاريات أجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة السمع. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

يجري تطوير بطاريات الفضة والزنك، على وجه الخصوص، لتشغيل التطبيقات الإلكترونية المرنة ، حيث يتم دمج المواد المتفاعلة مباشرة في ركائز مرنة، مثل البوليمرات أو الورق، باستخدام الطباعة ^{[ 3 ]} أو طرق الترسيب الكيميائي. ^{[ 4 ]}

قد توفر تقنية الفضة والزنك التجريبية الجديدة (المختلفة عن أكسيد الفضة) وقت تشغيل أطول بنسبة تصل إلى 40% مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون ، كما أنها تتميز بتركيبة كيميائية مائية خالية من مشاكل الهروب الحراري والاشتعال التي عانت منها بدائل الليثيوم أيون. ^{[ 1 ]}

تُصنع بطارية الفضة والزنك وهي فارغة تمامًا، وتتميز بتركيب قطبي معاكس؛ فالمهبط مصنوع من الفضة المعدنية، بينما المصعد عبارة عن خليط من مسحوق أكسيد الزنك ومسحوق الزنك النقي . أما المحلول الإلكتروليتي المستخدم فهو محلول هيدروكسيد البوتاسيوم في الماء.

أثناء عملية الشحن، يتأكسد الفضة أولاً إلى أكسيد الفضة (I)

2 Ag(s) + 2 OH ⁻ → Ag ₂ O + H ₂ O + 2 e ⁻

ثم إلى أكسيد الفضة (II)

Ag ₂ O + 2 OH ⁻ → 2 AgO + H ₂ O + 2 e ⁻ ,

بينما يتم اختزال أكسيد الزنك إلى الزنك المعدني

2 Zn(OH) ₂ + 4 e ⁻ ⇌ 2 Zn + 4 OH ⁻ .

تستمر العملية حتى يصل جهد الخلية إلى مستوى يسمح بتحلل الإلكتروليت عند حوالي 1.55 فولت. يُعتبر هذا المستوى نهاية الشحنة، إذ لا يتم تخزين أي شحنة إضافية، وأي أكسجين قد يتولد يُشكل خطرًا ميكانيكيًا وخطرًا للحريق على الخلية.

كانت هذه التقنية تتمتع بأعلى كثافة طاقة قبل ظهور تقنيات الليثيوم. طُوّرت هذه البطاريات في الأساس للطائرات، ولكنها استُخدمت منذ زمن طويل في مركبات الإطلاق الفضائية والمركبات الفضائية المأهولة، حيث لا يُمثّل عمرها القصير عائقًا. وقد زوّدت بطاريات الفضة والزنك غير القابلة لإعادة الشحن أول أقمار سبوتنيك السوفيتية بالطاقة ، بالإضافة إلى مركبات إطلاق ساتورن الأمريكية، ووحدة أبولو القمرية ، والمركبة القمرية الجوالة ، وحقيبة دعم الحياة .

كانت خلايا وقود الهيدروجين/الأكسجين في وحدة الخدمة المصدر الرئيسي للطاقة لوحدة القيادة في برنامج أبولو. وقد وفرت هذه الخلايا كثافة طاقة أعلى من أي بطارية تقليدية، إلا أن محدودية الطاقة القصوى استدعت استخدام بطاريات الفضة والزنك في وحدة القيادة، والتي أصبحت بدورها مصدر الطاقة الوحيد لها أثناء العودة إلى الغلاف الجوي بعد انفصال وحدة الخدمة. وكانت هذه البطاريات هي الوحيدة التي تُشحن أثناء الرحلة.

بعد حادثة أبولو 13 التي كادت أن تنتهي بكارثة، أُضيفت بطارية فضية-زنك احتياطية إلى وحدة الخدمة كنسخة احتياطية لخلايا الوقود. وكانت وحدات خدمة أبولو، المستخدمة لنقل الطاقم إلى محطة سكايلاب الفضائية، تُزوَّد بالطاقة من ثلاث بطاريات فضية-زنك بين مرحلتي الانفصال والتخلص من وحدة الخدمة، نظرًا لعدم قدرة خزانات الهيدروجين والأكسجين على تخزين المواد المتفاعلة لخلايا الوقود خلال فترات الإقامة الطويلة في المحطة.

توجد هذه الخلايا في التطبيقات العسكرية، على سبيل المثال في طوربيدات مارك 37 وفي غواصات فئة ألفا .

في ستينيات القرن العشرين، طورت شركة جنرال موتورز سيارة كهربائية تُدعى إلكتروفير ، تعمل ببطارية من الزنك والفضة من إنتاج شركة إيجل بيشر . ^{[ 5 ]} إلا أن هذه البطارية كانت باهظة الثمن، ولم تدم سوى مئة دورة شحن وتفريغ. ^{[ 6 ]}

• تاريخ البطارية
• خلية الوقود
• إعادة تدوير البطاريات
• قائمة أنواع البطاريات
• قائمة أحجام البطاريات
• مقارنة أنواع البطاريات
• تسمية البطاريات