الخلايا الكهروكيميائية

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة1

الخلايا الكهروكيميائية:

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة2

الخلايا الكهروكيميائية:

تعتمد هذه الخلايا على تحوّل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية. وهي على خمسة أنواع, النوع الأول

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة3

1- الخلية الجافة:

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة4

1- الخلية الجافة:
تعد من أفضل أنواع الخلايا بسبب صغر حجمها وسهولة استخدامها ووجودها بأحجام وأشكال مختلفة تتناسب مع كافة الاستخدامات. وهي عبارة عن وعاء رقيق من الخارصين مبطن بورق مسامي ويحوي معجونة رطبة من الكربون وثاني أكسيد المنغنيز ( MnO2) وكلوريد الأمونيوم
(NH4Cl) وفي وسط الوعاء قضيب من الغرافيت (وهو شكل من أشكال الكربون) ويشكل القطب الموجب بينما يشكل الخارصين القطب السالب.

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة5

كيف يتولد التيار في الخلية الجافة؟

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة6

كيف يتولد التيار في الخلية الجافة؟

1- عندما تلامس صفيحة الخارصين الإلكتروليت تتأين ذرات الخارصين (تفقد كل ذرة إلكترونين) حسب المعادلة التالية:

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة7

كيف يتولد التيار في الخلية الجافة؟

1- عندما تلامس صفيحة الخارصين الإلكتروليت تتأين ذرات الخارصين (تفقد كل ذرة إلكترونين) حسب المعادلة التالية:

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة8

كيف يتولد التيار في الخلية الجافة؟

1- عندما تلامس صفيحة الخارصين الإلكتروليت تتأين ذرات الخارصين (تفقد كل ذرة إلكترونين) حسب المعادلة:

2- عند توصيل قطبي الخلية بموصل تترك الإلكترونات لوح الخارصين (القطب السالب) وتتحرك عبر سلك التوصيل مشكّلة تياراً كهربائياً متجهة إلى عمود الجرافيت (القطب الموجب).

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة9

كيف يتولد التيار في الخلية الجافة؟

1- عندما تلامس صفيحة الخارصين الإلكتروليت تتأين ذرات الخارصين (تفقد كل ذرة إلكترونين) حسب المعادلة:

2- عند توصيل قطبي الخلية بموصل تترك الإلكترونات لوح الخارصين (القطب السالب) وتتحرك عبر سلك التوصيل مشكّلةً تيارأً كهربائياً متجهةً إلى عمود الجرافيت (القطب الموجب).
3- يتأين كلوريد الأمونيوم حسب المعادلة:

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة10

كيف يتولد التيار في الخلية الجافة؟

1- عندما تلامس صفيحة الخارصين الإلكتروليت تتأين ذرات الخارصين (تفقد كل ذرة إلكترونين) حسب المعادلة

2- عند توصيل قطبي الخلية بموصل تترك الإلكترونات لوح الخارصين (القطب السالب) وتتحرك عبر سلك التوصيل مشكّلةً تياراً كهربائياً متجهةً إلى عمود الجرافيت (القطب الموجب).
3- يتأين كلوريد الأمونيوم حسب المعادلة:

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة11

4- تتحد الإلكترونات التي تصل إلى القطب الموجب للخلية مع أيونات الأمونيوم الموجبة حسب المعادلة:

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة12

4- تتحد الإلكترونات التي تصل إلى القطب الموجب للخلية مع أيونات الأمونيوم الموجبة حسب المعادلة:

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة13

-4 تتحد الإلكترونات التي تصل إلى القطب الموجب للخلية مع أيونات الأمونيوم الموجبة حسب المعادلة:

5- ذرات الهيدروجين الناتجة تكون على هيئة فقاعات غازية تشكل طبقة عازلة على عمود الجرافيت وتوقف سريان التيار الكهربائي. وتسمي ظاهرة تراكم فقاعات الهيدروجين على عمود الجرافيت بالاستقطاب ولمنع حدوثه وضعت مادة ثاني أكسيد المنجنيز حيث تتفاعل مع ذرات الهيدروجين حسب التفاعل التالي:

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة14

4- تتحد الإلكترونات التي تصل إلى القطب الموجب للخلية مع أيونات الأمونيوم الموجبة حسب المعادلة:

5- ذرات الهيدروجين الناتجة تكون على هيئة فقاعات غازية تشكل طبقة عازلة على عمود الجرافيت وتوقف سريان التيار الكهربائي. وتسمي ظاهرة تراكم فقاعات الهيدروجين على عمود الجرافيت بالاستقطاب ولمنع حدوثه وضعت مادة ثاني أكسيد المنجنيز حيث تتفاعل مع ذرات الهيدروجين حسب التفاعل التالي:

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة15

2- الخلية القلوية:

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة16

2- الخلية القلوية:

هي نوع من البطاريات الجافة إلا أنها تتميز بتوليدها لتيار ذي شدة أكبر من التيار الصادر عن البطاريات الجافة ولمدة أكبر كما تتميز بأنها قابلة للشحن ومن أشهرها ما يسمى ببطارية الليثيوم كتلك المستخدمة في الهواتف المتنقلة.

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة17

3- خلية أكسيد الزئبق:

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة18

3- خلية أكسيد الزئبق:

 

وهي كتلك المستخدمة في الساعات اليدوية وبعض الحاسبات.

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة19

4- خلية الوقود:

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة20

4- خلية الوقود:

بدأ التفكير الجدي في استعمال هذا النوع كمصدر بديل للطاقة الناتجة عن البترول.
وتتكون خلية الوقود
(هيدروجين ـ أكسجين) من لوحين مساميين من النيكل المعالج بالبلاتين يسمحان للأيونات بالمرور ويفصل بين هذين اللوحين محلول إلكتروليتي قاعدي.

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة21

 

تزود الخلية بتيار من الهيدروجين عند أحد الألواح وبتيار من الأكسجين عند اللوح الآخر ويلعب البلاتين دور الحافز. ورغم التطور الذي شهدته خلية الوقود فإن استخدامها ما زال محصوراً في بعض التطبيقات العلمية مثل المركبات الفضائية.

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة22

5- المركم الرصاصي (المدخرة):

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة23

5- المركم الرصاصي (المدخرة):

ومن أهمها المدخرة الرصاصية كتلك المستعملة في السيارات (بطارية السيارة): وهي عبارة عن وعاء عازل يحوي محلولاً من حامض الكبريتيك (تركيزه 20% تقريباً) غمست فيه مجموعتان من الصفائح ذات تجاويف وهي مصنوعة من خليط الرصاص (Pb) والانتمون (Sb) وتكون فيه عملية تحول الطاقة الكيميائية إلى كهربائية عملية عكوسة، ويكون القطب السالب لها من معدن الرصاص (Pb) والقطب الموجب من ثاني أكسيد الرصاص (PbO2) ويمثل المركم المشحون بالرمز التالي:
(-)PbO2 _ H2SO4 _ Pb(+)

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة24

- تفريغ المركم: يتحول الرصاص وأكسيد الرصاص إلى كبريتات الرصاص تتراكم على القطبين فيصبح تركيب المفرغ: PbSO4 _ H2SO4 _ PbSO4/ ويتوقف انتاج التيار الكهربائي.

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة25

- تفريغ المركم: يتحول الرصاص وأكسيد الرصاص إلى كبريتات الرصاص تتراكم على القطبين فيصبح تركيب المفرغ: PbSO4 _ H2SO4 _ PbSO4/ ويتوقف انتاج التيار الكهربائي.

- شحن المركم: يوصل التيار الكهربائي بقطبي البطارية فيتشكل الرصاص وأكسيد الرصاص ثانية، ونقول عندئذ بأن الطاقة الكهربائية المستمدة من المولد قد تحولت إلى طاقة كيميائية خزّنها المركم.

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة26

الخلية الشمسية:

عبارة عن ثنائي قطب يحول مباشرة جزءاً من الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية. وتتكون الخلية الضوئية أساساً من السسزيوم وينشط وجهه المعرض للشمس بعنصر آخر كالفسفور مثلاً. ويستخدم السزيوم في صناعة الخلايا الشمسية لأنه يوجد في المجموعة الأولى وعدده الذري 55 مما يجعل ارتباط الألكترون الأخير في المدار الخارجي بالذرة ضعيفاً جداً ويسهل تركه للذرة بإكتسابه كمية ضئيلة من الطاقة كالموجودة في الأشعة الشمسية.

الخلايا الكهروكيميائية - صفحة27

الخلية الشمسية:

الخلية الشمسية

ويكثر استعمال هذا النوع من الخلايا في الأقمار الصناعية لتزويدها بالطاقة، وكذلك في بعض محطات التقوية الخاصة بالهاتف والمذياع التي تكون بعيدة عن شبكات الكهرباء.