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 الناتجة عن التفاعلات الكيميائية التلقائية، واستخدام الطاقة الكهربائية لتسهيل تحويلات كيميائية غير عفوية .

تعريف المُوصِلات المعدنية والإلكتروليتية

تعتبر الموصلات المواد التي تسمح بمرور التيار الكهربائي عبرها، وتنقسم إلى فئتين رئيسيتين: الموصلات المعدنية والموصلات الإلكترونية. وتسمى المواد التي تسمح بمرور التيار الكهربائي بواسطة تحرك الإلكترونات الموصلات المعدنية، مثل المعادن .

المواد التي تسمح بتوصيل الكهرباء عبر محلول مائي أو حالة منصهرة تخضع للتحلل الكيميائي تسمى الموصلات الإلكتروليتية أو الإلكتروليتات، وتشمل بعض الأمثلة على ذلك المحاليل المائية للأحماض والقواعد والأملاح .

تعريف الخلايا الكهروكيميائية

الخلية الكهروكيميائية هي جهاز ينتج تيارا كهربائيا من الطاقة، وذلك بفعل تفاعلات الأكسدة والاختزال التلقائية، وتضم هذه الخلايا خلايا جلفانية أو فولتية، ويعود الفضل في اكتشافها للعلماء لويجي جالفاني وأليساندرو فولتا، حيث أجروا العديد من التجارب على التفاعلات الكيميائية والتيار الكهربائي في أواخر القرن الثامن عشر .

تتضمن الخلايا الكهروكيميائية قطبين موصلين يسميان الأنود والكاثود، ويتم تحديد الأنود كالقطب الذي يحدث فيه التأكسد، والكاثود هو القطب الذي يحدث فيه التخزين، ويمكن تصنيع الأقطاب الكهربائية من أي مادة موصلة بما فيها الكفاية مثل المعادن والشبه موصلات والجرافيت وحتى البوليمرات الموصلة، وبين هذه الأقطاب الكهربائية يوجد الوسط الموصل للكهرباء الذي يحتوي على أيونات قادرة على الحركة 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 .