معلومات عن الخلايا الكهروكيميائية

الخلية الكهروكيميائية هي عبارة عن ما يمكنه إنتاج تيار كهربائي من تفاعل كيميائي أو استخدام الطاقة الكهربائية لإنتاج تفاعل كيميائي ، وعندما تنتج خلية كهروكيميائية الكهرباء ، يُشار إليها كخلايا فولطية أو كلفانية ، وعندما تنتج خلية كهروميكانيكية تفاعل كيميائي ، يشار إليها كخلية كهربائية .

مكونات الخلايا الكهروكيميائية

تتكون الخلايا الكهروكيميائية من نوعين رئيسيين في الأجهزة الاستهلاكية ، الخلايا الأولية والثانوية ، وفي الخلية الأولية ينتج التيار عن طريق تفاعل كيميائي أحادي الاتجاه حيث يتأكسد معدن واحد من خلال تفاعل حمضي أو قلوي ، وتستخدم الخلايا الأولية في البطاريات القلوية ذات الاستخدام الواحد .

أما في الخلايا الثانوية ، يكون التفاعل الكيميائي قابلاً للعكس عن طريق تطبيق تيار كهربائي ، والتأثير العملي لهذا الانعكاس هو خلية قابلة للشحن ، وعادة ما تُرى الخلايا الثانوية في الأجهزة التي تستخدم بطاريات قابلة للشحن وتشمل بطاريات ليثيوم أيون وهيدريد معدن النيكل وبطاريات النيكل والكادميوم .

يمكن ربط الخلايا الكهروكيميائية في سلسلة لتوفير عمر بطارية إضافي أو بشكل متوازٍ لتوفير المزيد من التيار الكهربائي ، وتستخدم البطاريات الكهروكيميائية القائمة على الخلايا مواد كيميائية قاسية تتطلب التخلص من النفايات الخطرة ، لذلك من المهم مراعاة البطاريات عند التخلص من الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية .

الكيمياء الكهربائية هي فرع من فروع الكيمياء يتعامل مع دراسة إنتاج الكهرباء من الطاقة المنبعثة خلال التفاعلات الكيميائية التلقائية واستخدام الطاقة الكهربائية لإحداث تحولات كيميائية غير عفوية .

تعريف المُوصِلات المعدنية والإلكتروليتية

المُوصِلات هي تلك المواد التي تسمح للتيار الكهربائي بالمرور عبرها ، وهناك فئتان رئيسيتان من الموصلات ، الموصلات المعدنية أو الموصلات الإلكترونية ، وتُعرف المواد التي تسمح للتيار الكهربائي بالمرور عن طريق حركة الإلكترونات باسم الموصلات المعدنية مثل المعادن .

أما الموصلات الإلكتروليتية أو الإلكتروليتات ، فتسمى المواد التي تسمح بمرور الكهرباء عن طريق المحلول المائي أو الحالة المنصهرة والخاضعة للتحلل الكيميائي الموصلات الإلكتروليتية ، وبعض الأمثلة عليها هي المحلول المائي للأحماض مثل القواعد والأملاح .

تعريف الخلايا الكهروكيميائية

الخلية الكهروكيميائية هي جهاز ينتج تيارًا كهربائيًا من الطاقة ينطلق بواسطة تفاعل الأكسدة والاختزال التلقائي ، ويشتمل هذا النوع من الخلايا على

الخلايا الجلفانية

أو الفولتية التي تحمل اسم العلماء لويجي جالفاني وألساندرو فولتا ، حيث أجرى هؤلاء العلماء العديد من التجارب على التفاعلات الكيميائية والتيار الكهربائي خلال أواخر القرن الثامن عشر .

تحتوي الخلايا الكهروكيميائية على قطبين موصلين ، يُطلق عليهما الأنود والكاثود ، ويتم تعريف الأنود باسم القطب حيث يحدث الأكسدة ، والكاثود هو القطب حيث يحدث الاختزال ، ويمكن تصنيع الأقطاب الكهربائية من أي مواد موصلة بما فيه الكفاية ، مثل المعادن وأشباه الموصلات والجرافيت وحتى البوليمرات الموصلة ، وبين هذه الأقطاب الكهربائية يوجد المنحل بالكهرباء والذي يحتوي على أيونات يمكن أن تتحرك بحرية .

تستخدم الخلية الفولتية قطبين كهربائيين مختلفين ، وسيخضع الأنود للأكسدة وسيخضع الكاثود للتخفيض ، وسوف يتأكسد معدن الأنود ، وينتقل من حالة الأكسدة التي تساوي 0 في الشكل الصلب إلى حالة الأكسدة الإيجابية وسيصبح أيونًا ، وفي الكاثود ، سيتقبل أيون المعدن الموجود في المحلول واحدًا أو أكثر من الإلكترونات من الكاثود ، وستنخفض حالة أكسدة الأيون إلى 0 ، وهذا يشكل معدنًا صلبًا يودع في الكاثود ، ويجب توصيل القطبين كهربائيين ببعضهما البعض مما يسمح بتدفق الإلكترونات التي تترك معدن الأنود وتتدفق عبر هذا الاتصال إلى الأيونات على سطح الكاثود ، وهذا التدفق للإلكترونات هو تيار كهربائي يمكن استخدامه للقيام بالعمل مثل تشغيل المحرك أو تشغيل الضوء .