تطبيقات الخلايا الجلفانية

من أهم التطبيقات على الخلايا الجلفانية :

1- الخلايا الاولية :

من أبسطها البطاريات الجافة (بطارية كلوريد الخارصين) وتنتج هذه 1.5 فولت ، وسميت بالأولية لأنها غير قابلة للشحن .

تركيبها :
1-ساق من الكربون وتمثل القطب الموجب

2- علبة من الخارصين وتمثل القطب السالب

3- ثانى اكسيد المنجنيز ويحيط بساق الكربون

4-الالكتروليت وتتكون من/النشا-كلوريد الخارصين-كلوريد الامونيوم

كيف تعمل :

عندما يوصل قطبا العمود الجاف فى دائرة مغلقة يحدث تفاعل تكون نتيجتة تولد تيار كهربى يستخدم فى تشغيل بعض الاجهزة مثل الكشاف-الراديو- ساعات الحائط - لعب الاطفال

ملاحظة هامة :

1-يضعف التيار المنتج من العمود الجاف بسبب ان التفاعل يضعف داخله.

2-يضعف التيار المنتج من العمود الجاف بعد فترة دون استخدام لان ارلكتروليت تقل رطوبتة مما يمنع التوصيل الكهربى فيضعف التيار.

اضغط هنا فلاش يوضح التركيب والعمل للعمود الجاف .

2- الخلايا الثانوية :

من الأمثلة على هذا النوع بطارية السيارة وبطارية النيكل - كادميوم وتتميز هذه البطاريات بأنه يمكن إعادة شحنها وذلك بعكس التفاعلات الكيميائية في الخلية أثناء إنتاجها الكهرباء.

يعمل المركم المستخدم في السيارة على تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية في أثناء التفريغ, و تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية و خزنها أثناء الشحن.

 

هناك نوعين من البطاريات المستخدمة في السيارة:-

1- البطاريات السائلة

2- البطاريات الجافة

أولا:- البطارية السائلة ( المركم الرصاصي )

   من أكثر أنواع المراكم استخداما في السيارات و سمية بالمركم الرصاصي و ذلك بسبب و جود المادة الفعالة في البطارية و المكونة من الرصاص

تركيب البطارية السائلة:

1- الغلاف الخارجي:- يصنع من المطاط المضغوط أو البكالايت, و يقسم من الداخل إلى حجرات لاحتواء الصفائح و تسمى هذه الحجرات بالخلايا.

2- الغطاء العلوي:- يصنع من نفس مادة الغلاف الخارجي, و يعمل على حماية الأجزاء الداخلية للمركم من العوامل الخارجية, و يوجد في الغطاء فتحات بعدد خلايا المركم و ذلك لملئ المركم بالمحلول من خلالها.

3- الصفائح:- و هي عبارة عن ألواح على شكل شبكة تحتوي على فراغات تملئ بالمادة الفعالة ( أول أكسيد الرصاص أو الرصاص ) حسب نوع الصفائح, و تقسم الصفائح إلى نوعين رئيسيين.

   أ ) الصفائح الموجبة:- تملئ فراغات الألواح الموجبة بمادة أول أكسيد الرصاص و تتميز بلونها البني الغامق.

  ب ) الصفائح السالبة:- تملئ فراغات الألواح السالبة بمادة الرصاص ر, و تمييز بلونها الرمادي, و يزيد عدد الألواح السالبة عن الألواح الموجبة بلوح واحد.

ملاحظة:- كل خلية من خلايا البطارية تحتوي على مجموعة من الصفائح الموجبة و السالبة تفصل بينها ألواح عازلة, و مقدار فولطية كل خلية 2 فولط و المعنى من ذلك أن بطارية 12 فولط تحتوي على 6 خلايا. 

4- الصفائح أو الألواح العازلة:- تصنع من مادة عازلة مثل البلاستيك أو المطاط أو الألياف الزجاجية, و تعمل على الفصل بين الألواح الموجبة و الألواح السالبة, و يكون احد سطحي الألواح العازلة ناعم الملمس و يكون من جهة الصفائح السالبة أما السطح الأخر فيكون ذات أخاديد و يكون من جهة الصفائح الموجبة, و تكون الصفائح العازلة مسامية و ذلك لتسمح بمرور المحلول من خلالها و انتقاله من الألواح الموجبة إلى الألواح السالبة.

5- غم/سم3.مركم الرصاصي:- يتكون المحلول من حمض الكبريتيك المخفف, و يضاف المحلول إلى المركم بحيث يغطي جميع الألواح, و يراعى في المحلول كثافته حيث يجب أن تكون بمعدل 1.25 غم/سم^3.

آلية عمل المركم:-

 

 تتلخص آلية عمل المركم الرصاصي بالتفاعلات الكيميائية التي تحدث أثناء عمليتي الشحن و التفريغ للمركم, و يمكن توضيح آلية العمل بالتطرق لكل مرحلة على حدا.

مرحلة التفريغ:- و تتلخص هذه المرحلة بعملية تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية و ذلك عند توصيل حمل كهربائي مع البطارية حيث يستهلك جزء من الطاقة الكهربائية المخزنة في البطارية.

نتيجة التفاعلات الكيميائية التي تحدث داخل البطارية تنفصل كبريت SO₄ عن الهيدروجين H₂ و تتحد مع الرصاص Pb على كلى الصفيحتين الموجبة و السالبة مكونة كبريتات الرصاص PbSO₄, وتتحد ذرة الأكسجين O₂ مع الهيدروجين مكونة الماء H₂O 

في نهاية مرحلة التفريغ يصبح المحلول عبارة عن الماء H₂O   و الصفائح الموجبة و السالبة مكونة من كبريتات الرصاص PbSO₄

المعادلة الكيميائية أثناء مرحلة التفريغ

PbO₂ + Pb + 2H₂SO₄ _______________ PbSO₄ + PbSO₄ + 2H₂O

 

مرحلة الشحن:- وتتلخص هذه المرحلة بإعادة تحويا الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية و تخزينها داخل البطارية, و تتم مرحلة الشحن بتوصيل البطارية مع مصدر للتيار المستمر مثل المولد أو جهاز الشحن, التفاعلات الكيميائية التي تحدث في هذه المرحلة معاكسة للتفاعلات الكيميائية التي تحدث أثناء التفريغ

المعادلة الكيميائية أثناء مرحلة الشحن

PbSO₄ + PbSO₄ + 2H₂O ___________________ PbO₂ + Pb + 2H₂SO₄

ثانيا:- المراكم الجافة ( المراكم القلوي )

هناك نوعين من هذه المراكم حسب نوعية المادة الفعالة المكونة للصفائح الموجبة و السالبة

1- مركم نيكل – حديد

2- مركم نيكل _ كاديوم

تصنع الألواح الموجبة من الصلب الناعم غير قابل للصدأ و المكون من أكسيد النيكل, أما الصفائح السالبة فتصنع من الحديد أو الكاديوم, تحتوي البطارية الجافة على محلول هيدروكسيد البوتاسيوم ولكن لا يدخل هذا المحلول في التفاعل بل يستخدم كناقل لشحنا الكهربائية.

3- خلايا الوقود :

تعتبر خلية الوقود أداة لتحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربية اي انها تقوم من خلال تفاعلات كيميائية بتحويل الهيدروجين والاكسجين إلى ماء وينتج عن هذه العملية طاقة كهربية. وبالمقارنة مع البطارية التقليدية المعروفة فإن الاختلاف يكمن في ان المواد الكيميائية الداخلة في التفاعل لتوليد الكهرباء هي جزء من تركيب البطارية وتوجد في داخلها، وبانتهاء المواد الكيميائية هذه فإن البطارية تصبح عديمة الفائدة ويتم استبداله أو اعادة شحنها مرة اخرى، في حين ان خلايا الوقود لا يمكن ان تنتهي فهي تعمل باستمرار لان مصدر المواد الكيميائية هي من الهواء .

يوضح الشكل اعلاه تركيب خلية الوقود وفكرة عملها تتلخص في المراحل التالية:

مزايا خلايا الوقود :

1- لا يوجد تلوث أو استهلاك لمصادر الوقود .

2- كفاءة التشغيل عالية

3- عمر التشغيل أطول والصيانة أقل

4- آمنة للغاية

أما أهم الصعوبات التي تواجهها هذه الخلايا فهي صعوبة تخزين غاز الهيدروجين وتوزيعه