الشحن والتفريغ في البطارية

ألواح البطارية 

        تناولت في التدوينة السابقة "بطارية السيارة" تركيب البطارية وكيفية تحديد أقطابها وتبقى لنا أن نلقي الضوء معا ً على عمليات الشحن والتفريغ في البطارية . وكما هو معلوم تقوم البطارية بتحويل الطاقة الكيميائية المختزنة في ألواحها الموجبة والسالبة والمغمورة في حمض الكبريتيك إلى طاقة كهربية على أطرافها أثناء عملية التفريغ (تشغيل الأحمال)، أما أثناء الشحن فإن التفاعل ينعكس بداخل البطارية لتختزن الطاقة الكهربية الداخلة إليها عن طريق الشاحن على هيئة طاقة كيميائية مختزنة في ألواحها . 

ماذا يحدث أثناء التفريغ ؟ 

        أثناء عملية التفريغ يخف تركيز حمض الكبريتيك بتكون الماء و تكون كبريتات الرصاص على الألواح السالبة (الرصاص الاسفنجي فضي اللون Pb) والألواح الموجبة(أكسيد الرصاص شيكولاتي اللون PbO2)

معادلة التفريغ في البطارية 

PbO2 +2H2SO4 + Pb = 2PbSO4 +2H2O

ماذا يحدث أثناء الشحن ؟ 

         مرور التيار الكهربي خلال حمض الكبريتيك المخفف يحلله إلى أيونات موجبة (H2) وأيونات سالبة (SO4) فتحدث عملية الأكسدة عند االقطب الموجب أو الآنود وذلك بتحول كبريتات الرصاص إلى أكسيد الرصاص ، وتحدث عملية الاختزال عند القطب السالب أو الكاثود وذلك بتحول كبريتات الرصاص إلى رصاص اسفنجي 

التفاعل عند الألواح السالبة

الدينامو يشحن البطارية 

H2 + PbSO4 = H2SO4 + Pb

التفاعل عند الألواح الموجبة 

PbSO4 + H2 +2O = PbO2 + H2SO4 

بجمع المعادلتين نحصل على معادلة شحن البطارية 

2H2O + 2PbSO4 = 2H2SO4+ PbO2 + Pb

ما هو الكتاوت 
       في السيارة يتولى الدينامو (مولد التيار المستمر) والمدار بواسطة سير على عمود المحرك شحن البطارية . والآن يترائي لنا سؤال مهم : ما الذي يمنع أن تفرغ البطارية في الدينامو عقب اكتمال عملية الشحن ، ليتعرض الدينامو إلى عزمين متضادين عزم قادم من سير محرك السيارة ، وعزم مضاد له ناتج عن مرور التيار القادم من البطارية بداخله (يعمل الدينامو كما لو كان محرك تيار مستمر) ؟؟؟

البطارية عند اكتمال الشحن 

 تتلخص الاجابة على هذا السؤال في وجود ما يسمى بالكتاوت (Cutout Relay) وظيفة الكتاوت هي منع تفريغ البطارية في الدينامو ، كيف ؟ 

يتكون مرحل أو متمم الكتاوت (Cutout Relay) من قطب حديدي ملفوف عليه ملفين من السلك  هذا القطب الحديدي يفصله الفراغ عن بار حديدي يحمل نقطاط تلامس ومثبت على زنبرك .

أولا ً : أثناء شحن البطارية يكون اتجاه التيار خارج من الدينامو مارا ً بالكتاوت إلى البطارية وفي هذه الحالة يتولد عزم مغناطيسي في القطب الحديدي  نتيجة مرور التيار في الملفات ويكون اتجاه التيار متطابق لينتج عزم مغناطيسي متطابق يجذب البار الحديدي ليجعله يقفل نقاط التلامس المؤدية إلى البطارية .

ثانيا ً : أثناء اكتمال شحن البطارية يكون اتجاه التيار خارج من البطارية مارا ً بالكتاوت ومنها إلى الدينامو ، مرور التيار بهذا الاتجاه يكون معكوسا ً في الملفين ليتولد عزم مغناطيسي متضاد محصلته صفر ليتحرر البار الحامل لنقاط التلامس بقوة دفع الزنبرك .