الخلايا الكهروكيميائية

لكي نحصل على طاقة كهربائية من تفاعل كيميائي أو لإحداث تفاعل كيميائي باستخدام الطاقة الكهربائية لا بد من نظام تتم فيه هذه العملية، يطلق على هذا النظام اسم الخلايا الكهروكيميائية.
إذن فالخلايا الكهروكيميائية أنظمة يتم فيها تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية، أو تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية، والتي تنقسم تبعا لما سبق إلى:

1- خلايا جلفانية فولتية Galvanic or Voltic Cells

تعرف بأنها أنظمة يتم فيها تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية نتيجة لحدوث تفاعلات كيميائية أكسدة واختزال بشكل تلقائي ومستمر.

2- خلايا اليكتروليتية تحليلية Electrolytic Cells

تعرف بأنها أنظمة يتم فيها تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية لإحداث تفاعلات أكسدة واختزال ما كانت لتتم بشكل تلقائي ومستمر.

وفي جميع الخلايا الكهروكيميائية:

1- يحدث التوصيل الالكتروليتي نتيجة انتقال الأيونات في المحلول أو المصهور وتفاعلات الأكسدة والاختزال .
2- يحدث التوصيل الالكتروني نتيجة انتقال الالكترونات في السلك أو الموصل الفلزي نتيجة فرق الجهد، وفي كل خلية قطبان أحدهما يسمى الانود والآخر يسمى الكاثود، وتحدث تفاعلات الأكسدة والاختزال على سطح القطب الملامس للمحلول أو المصهور .
3- في المحلول أو المصهور تتحرك الأنيونات (الأيونات السالبة) نحو الانود بينما تتحرك الكاتيونات نحو الكاثود .

البديل الحيوي ..بطارية البيبسي

 

هلّا امسكت جوّالك , والقيت نظرة على البطاّرية ؟

نعم هذه البطّارية تدعى بالبطارية الجافة التي تمكنك من استخدام المحمول بعد الشحن لمدة معينة بين الفترة والأخرى دون ان تتلف بسرعة , وبالأخص نستخدم نوعاً مميزاً من البطاريات الجافة , تسمى بطارية الليثيوم أيون (Lithium-ion Battery) ..

تستخدم طبعاً بأشكال وأحجام نظراً للتنوع في الأجهزة ..

ولا بد وانك تعرف هذا النوع من البطاريات وان جهلت التسمية , , فمن مميزاتها انها خفيفة الوزن, قابلة للشحن والتفريغ في اي وقت , كما وان عنصر الليثيوم يعتبر عنصر نشط الذي بمقدوره ان يخزن الطاقة في الروابط بين ذراته مما يجعل البطارية ذات طاقة كهربائية عالية الكثافة وبالتالي يكون حفظ الطاقة داخل البطارية أكبر ..على عكس بطاريات العناصر الاخرى كالنيكل واكسيد الرصاص ..

ومن البديهي طبعاً أن نشهد على عيوب أي بطارية , وبالأخص بطارية الليثيوم الحساسة لإرتفاع بدرجة الحرارة فينتهي الأمر بإشتعال البطارية مما يؤدي لتلف الجهاز !

ولا بد وانكم سمعتم عن مشكلة حرق جهاز الحاسوب النقال , بسبب بطارية الشّحن ؛وكبديل للتعددية الحالية في بطاريات الهواتف الجوالة التي تعتبر عدوة للبيئة بلا شك ، البطاريات الحيوية تبدو حلاً معقولاً.

هذه البطاريات تتغذى على الكربوهيدرات او السكريات التي تستخدم في الأطعمة والأشربة للتحلية نظراً لطعمها الحلو .وتعتبر السكريات مصدر رئيسي للطاقة في الجسم ومن أجمل تعابير الوصف لقيمة السكريات انها وقود الجهاز العصبي المركزي.

هو نفس المبدأ , فالسكريات تشكل مصدر للطاقة في الجسم , كما وانها ممكن ان تكون مصدراً للكهرباء أيضاً مما يُسمح لنا بتسمية هذا البديل ببطارية السكر .

ومن احدى المنتجات المقترحة كمصدر للسكر هو علبة “كوكا كولا”(جلوكوز) , او صودا ( كربونات الصوديوم) .. او اي مشروب محلّا ..

كيف تعمل “البطارية الحلوة ” ؟

وجود الانزيمات يشكل حافزاً كيميائي لتجريد الكربوهيدرات من الشحنات التي تولد الكهرباء وبالتالي يتم تحويل الطاقة الاولى وهي السكر الى طاقة كهربائية , علماً ان الناتج من عملية التحليل هو الماء والاوكسجين كرواسب عندما تموت البطارية مما يجعل الفكرة أكثر “حلاوة” .

ميّزة أخرى لبطاريتنا الحلوة , ان هناك وعد بالاستمرارية عند الشحن لمدة 3-4 ساعات أكثر من بطاريات الليثيوم التقليدية .

بطارية تشحن بالدوران

من اهم مصادر الطاقة حاليا في الاجهزة الالكترونية هي البطاريات وقد توصل المصممين Song Teaho و Hyejin Lee الى طريقة غريبة في شحن البطاريات عن طريق الدوران وهي قيد التجربة حاليا.


حيث يعتمد على دوران البطارية وشحن الطاقة فيها اثناء الدوران وقد توصل المصممين الى نتيجة 130 دورة للبطارية تقوم بشحنها مدة زمنية دقيقتين للمحادثة على الهاتف الجوال.

هذه الطريقة في الشحن تم نشرها وهي حاليا قيد التجربة للوصول الى نتائج اكثر وافضل.

تلميع الفضة بطريقة إلكترو كيميائية منزلية

عندما تتأكسد الفضة فإن بريقها يزول مع الزمن ، ويمكن أن يعاد تلميع الفضة دون خدش أو صقل ، وإنما فقط بتغطيس الفضة في هذا الحمام الكهروكيميائي غير السام
وميزة استخدام الحمام أو المغطس هذا هي أنه يمكننا من تلميع كافة الأماكن التي لا تستطيع القماشة المستخدمة في التلميع أن تصل إلها .وإليك الطريقة ..ضع في وعاء كبير "وعاء تحضير الكعك مثلاً " صفيحة من رقائق الألومينوم المستخدمة في التغليف "اللي نسميها بالغلط قصدير "
أضف الماء الساخن في حالة الغليان إلى هذا ثم أضف ملح الطعام وبيكربونات الصوديوم NaHCO₃ " البيكنج باودر " بنسبة 1 ملح طعام إلى 2 بيكربونات "أي نسبة تختارها أنت يعني حجماً أو وزناً ".
ضع القطعة الفضية في الوعاء هذا بحيث تلامس رقاقة الألمونيوم وتوضع فوقها وستلاحظ زوال هذه الطبقة العاتمة .
اترك قطعة الفضة لمدة 5 دقائق ثم أخرجها عندما ترى أنها أصبحت نظيفة.
اشطف قطعة الفضة بالماء ثم نشفها بقطعة قماش رقيقة .
ملاحظة : من الأفضل حفظ الفضة في أماكن منخفضة الرطوبة ، ويكن تحقيق ذلك بوضع القلقل من الفحم الفعال إلى جانب قطعة الفضة أو وضع قطعة من الطبشور إلى جانبها .
ملاحظات هامة أخرى : انتبه عند تنظيف قطعة الفضة لأن الطبقات الرقيقة من الفضة قد تتآكل في حال زيادة فترة تنظيفها مما يضر بالقطعة.
و لا تعرّض الفضة لأي مادة تحتوي الكبريت في تركيبها مثل البيض والمايونيز والخردل مثلاً ... لأن الكبريت يسبب تآكل الفضة.

بطارية ليثيوم أيون

بطارية ليثيوم أيون (بالإنجليزية: lithium-ion battery أو مختصرا Li-ion battery) هي نوع من البطاريات التي يمكن إعادة شحنها (مركم)، ويتكون المهبط (القطب الموجب) فيها من عنصر الليثيوم. ويتكون فيها المصعد ( القطب السالب) عادة من الكربون المسامي. وتشمل بطاريات الليثيوم أيون عدة أنواع من البطاريات تعتمد على نوع التفاعل الكيميائي المميز لها، وطريقة آدائها وسعرها ومدى سلامتها.

أثناء عمل البطارية وتوصيل البطارية بدائرة خارجية يمر التيار الكهربائي داخل البطارية من المصعد إلى المهبط مثلما يحدث في أي بطارية عادية : تتحرك أيونات الليثيوم Li⁺ في داخل البطارية من المصعد إلى المهبط خلال كهرل غير مائي وغشاء فاصل.

أثناء الشحن يعمل المصدر الخارجي على تمرير تيار كهربائي في الاتجاه العكسي، حيث يوصل القطب الموجب للمصدر بمهبط البطارية ويوصل مصعد البطارية بالقطب السالب للمصدر. عندئذ تتوجه أيونات الليثيوم (وهي موجبة الشحنة) إلى المصعد وتستقر في مادته المسامية.

و الليثيوم مثله مثل الصوديوم من المواد النشطة كيميائيا. فهو يتفاعل بشدة مع الماء مكونا هيدروكسيد الليثيوم مع انطلاق غاز الهيدروجين. لهذا تستخدم كهرلات في بطارية الليثيوم أيون لا تحتوي على الماء. وفي نفس الوقت يجب منع تلامس الماء مع البطارية وذلك عن طريق تغليفها بعازل محكم

استخداماتها

تستخدم بطاريات الليثيوم أيون كثيرا في الإلكترونيات المحمولة نظرا لسعتها الكهربائية العالية، أي أنها تتميز بنسبة عالية بين قدرتها على إنتاج الكهرباء وانخفاض وزنها. وعلاوة على ذلك فقدرتها على إنتاج الكهرباء لا تتأثر بعدد دورات إعادة شحنها، وهي أيضا ذات تسريب بطيء عند عدم استخدامها.

وبالإضافة إلى استخداماتها العديدة في الأجهزة الصغيرة المحمولة، فهي تستخدم في الأسلحة وفي تحريك الأجهزة الصغيرة، مثل لعب الأطفال ولها تطبيقات في أجهزة الطيران وغزو الفضاء، وذلك بفضل سعتها الكهربائية العالية.

ولكن يجب الحذر عند استخدام بطاريات الليثيوم أيون العادية، إذ أنها معرضة للانفجار عند سوء الاستخدام.

تطوير بطارية ليثيوم أيون

تعمل شركات السيارات الكبيرة في العالم على إنتاج السيارات الكهربائية . وعلى هذا السبيل فهي تحتاج إلى تطوير بطاريات الليثيوم أيون بحيث تصلح للاستخدام في تحريك السيارة . وقد اختير هذا النوع من البطاريات حيث أنها كالبطاريات الأخرى بالنسبة إلى كثافة سعتها الكهربائية وانخفاض وزنها نسبيا .

وتتكون بطارية الليثيوم أيون التي ستستعمل في السيارت من مصعد من النحاس و مهبط من الألمونيوم . وتغطي ألواح المصعد والمهبط بطبقة رقيقة 2و0 مليمتر من مخلوط يحتوي على الليثيوم . ثم يغطيها غشاء من السيراميك الخاص يمنع من اشتعال الخلية الكهربائية . وعلى الرغم من أن ذلك الغشاء السيراميكي لا يزيد سمكه عن شعرة رأس فهو يتحمل درجات حرارة حتي 700 درجة مئوية بدون أن يشتعل .

تقطع الأقطاب في مساحة أوراق الكتابة وترص بجانب بعضها بحيث يفصل بينها الكهرل وهو طبقة تشبه اللباد الرقيق مشبعة بمركب يحتوي على الليثيوم .

تستطيع حاليا السيارة الصغيرة التي تعمل ببطارية كهذه وزنها 120 كيلوجرام أن تسير مسافة 150 كيلومتر . وإذا استبدلت بطارية الليثيوم أيون ببطارية نيكل-متال هيدريد ( nickel-metal hydride (NiMH فلا تستطيع السيارة السير إلا مسافة 50 كيلومتر . لذلك تعلق الآمال على بطارية الليثيوم أيون لتسيير السيارات الكهربائية في المرحلة القادمة .

شاهد واستمتع

يمكنك الحصول على الكثير من العروض والفلاشات والفيديوهات التي توضح الخلايا الكهروكيميائية وتطبيقاتها وهنا سوف أدرج بعض من هذه للاستمتاع والاستفادة منها كما يمكنك تحميلها .

1- فلاش رائع جدا للخلية الجلفانية المكونة من قطبي النحاس والخارصين .

                                    اضغط  هنا وللتحميل من هنا

2- فلاش يعرض عمل خلايا التحليل الكهربائي .

                                   اضغط هنا وللتحميل من هنا

3- فلاش يعرض التفاعلات الحاصلة في خلا يا الوقود .

                                   اضغط هنا وللتحميل من هنا

4- فلاش يعرض ميكانيكية حدوث صدأ الحديد .

                                   اضغط هنا وللتحميل من هنا

5- فلاش يوضح عملية الجلفنة .

                                  اضغط هنا وللتحميل من هنا

6- فلاش رائع يوضح الحماية المهبطية .

                                  اضغط هنا وللتحميل من هنا

7- فلاش يوضح خلية هول هيرولت لاستخلاص الألومنيوم.

                                  اضغط هنا وللتحميل من هنا

8- فلاش يوضح كيفية تنقية النحاس كهربائيا .

                                  اضغط هنا وللتحميل من هنا

9- فلاش رائع لعملية الطلاء الكهربائي .

                                  اضغط هنا وللتحميل من هنا