أنواع الخلايا الجلفانية
تصنف الخلايا الجلفانية تبعا لطبيعة عملها في إنتاج الطاقة الكهربية إلى: خلايا أولية وخلايا ثانوية.
أنواع الخلايا الجلفانية
الخلايا الجلفانية هي نوع من الخلايا الكهروكيميائية التي تستخدم لتوليد الطاقة الكهربائية من خلال تفاعلات كيميائية بين مواد مختلفة.
تصنف الخلايا الجلفانية تبعا لطبيعة عملها في إنتاج الطاقة الكهربية إلى: خلايا أولية وخلايا ثانوية.
الاختلاف الرئيسي بين الخلايا الأولية والخلايا الثانوية هو قابلية الشحن.
أولا الخلية الأولية:
هي خلية جلفانية تتحول فيها الطاقة الكيميائية المختزنة إلى طاقة كهربية من خلال تفاعل أكسدة و اختزال تلقائي غير انعكاسي ولا يمكن إعادة شحنها بعد تفريغها.
تتميز الخلايا الأولية بكثافة عالية ويتم تفريغها ببطء. نظرًا لعدم وجود سائل داخل هذه الخلايا .
المقاومة الداخلية عالية والتفاعل الكيميائي لا رجوع فيه. تكلفتها الأولية رخيصة كما أن الخلايا الأولية سهلة الاستخدام.
يُعرف النوع الأول (الخلايا الأولية) أيضًا بالخلايا الجافة أو الغير قابلة للشحن،
وبمجرد أن تُفرغ من طاقتها، لا يمكن إعادة شحنها مرة أخرى ويجب التخلص منها. على سبيل المثال، بطاريات الزنك الكربونية والبطاريات القلوية هي أمثلة على الخلايا الأولية.
أمثلة على الخلايا الأولية : خلية الزئبق وخلية الوقود.
1-خلايا الزئبق (Mercury cells): هذه الخلايا تعتمد على تفاعل الزئبق مع مادة أخرى (مثل أكسيد الزئبق) لتوليد الطاقة الكهربائية. تستخدم هذه الخلايا في بعض الأجهزة الإلكترونية القديمة مثل الأجهزة الصغيرة والساعات.
2- خلية الوقود: هي نوع آخر من الخلايا الكهروكيميائية التي تستخدم لتحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية بشكل مباشر. هذه الخلايا تعتمد على تفاعل الاحتراق الكيميائي للوقود (مثل الهيدروجين) مع مادة مؤكسدة (مثل الأكسجين) لإنتاج الكهرباء والماء والحرارة.
تتكون خلية الوقود من قطبين – قطب سالب (أو أنود) وقطب موجب (أو كاثود) – محصورين حول إلكتروليت. يتم تغذية الوقود ، مثل الهيدروجين ، إلى القطب الموجب ، ويتم تغذية القطب السالب بالهواء. في خلية وقود غشاء البوليمر المنحل بالكهرباء ، يقوم محفز بفصل ذرات الهيدروجين إلى بروتونات وإلكترونات ، والتي تأخذ مسارات مختلفة إلى الكاثود. تمر الإلكترونات عبر دائرة خارجية ، مما يؤدي إلى تدفق الكهرباء. تهاجر البروتونات عبر الإلكتروليت إلى القطب السالب ، حيث تتحد مع الأكسجين والإلكترونات لإنتاج الماء والحرارة
ثانيا الخلية الثانوية:
هي خلية جلفانية تتحول فيها الطاقة الكيميائية المختزنة إلى طاقة كهربية من خلال تفاعل أكسدة و اختزال تلقائي انعكاسي و يمكن إعادة شحنها بعد تفريغها.
تتميز الخلايا الثانوية بكثافة طاقة منخفضة وهي مصنوعة من الأملاح المنصهرة والخلايا الرطبة.
المقاومة الداخلية منخفضة والتفاعل الكيميائي قابل للعكس. تكلفتها الأولية عالية ومعقدة بعض الشيء عند مقارنتها بالخلية الأساسية.
هذا النوع يمكن شحنه وإعادة شحنه عدة مرات. عندما تفرغ من الطاقة، يمكن إعادة توصيلها بمصدر طاقة لإجراء عملية الشحن مرة أخرى. بعض الأمثلة على الخلايا الثانوية هي بطاريات الليثيوم أيون، وبطاريات النيكل-كادميوم، وبطاريات الرصاص الحمضية.
أمثلة على الخلايا الثانوية : بطارية الرصاص الحامضية وبطارية أيون الليثيوم :
1- بطاريات الرصاص الحمضية(مركم الرصاص): تعرف أيضا باسم بطارية السيارات لأنها تعتبر أنسب أنواع البطاريات المستخدمة في السيارات. و تعتبر هذه البطارية من أقدم أنواع البطاريات القابلة للشحن.
تستخدم في العديد من التطبيقات مثل بدء تشغيل المركبات، وأنظمة الاحتياطي في الطوارئ، وأنظمة تزويد الطاقة في المحطات والأجهزة الكهربائية المنزلية. تتألف من خلايا تحتوي على الرصاص وحمض الكبريتيك.
2-بطارية أيون الليثيوم (Lithium-Ion Battery): تُعد هذه البطارية واحدة من أكثر أنواع البطاريات شيوعًا واستخدامًا في الوقت الحاضر.
تمتاز بكثافة طاقة عالية، وحجم صغير، وقدرة عالية على تخزين الطاقة. تستخدم بشكل واسع في الهواتف المحمولة، وأجهزة الكمبيوتر المحمولة، والأجهزة الإلكترونية الأخرى مثل الأدوات الكهربائية وأجهزة الطاقة المتجددة.
تمامًا مثل بطاريات الخلايا الجافة القلوية ، مثل تلك المستخدمة في الساعات وأجهزة التحكم عن بعد الخاصة بالتلفزيون ، توفر بطاريات أيون الليثيوم الطاقة من خلال حركة الأيونات. الليثيوم شديد التفاعل في شكله الأولي . لهذا السبب لا تستخدم بطاريات الليثيوم أيون عنصر الليثيوم. بدلاً من ذلك ، تحتوي هذه البطاريات عادةً على أكسيد فلز الليثيوم ، مثل أكسيد الكوبالت الليثيوم (LiCoO 2 ). هذا يمد أيونات الليثيوم. تستخدم أكاسيد معدن الليثيوم في الكاثود وتستخدم مركبات جرافيت الليثيوم في الأنود.
في الختام، الخلايا الأولية والثانوية هما نوعان من الخلايا الجلفانية المستخدمة لتوليد الطاقة الكهربائية من خلال تفاعلات كيميائية. ولكن هناك اختلافات رئيسية تجعلهما مختلفين:
- الخلايا الأولية: تعتبر الخلايا الجافة أو الغير قابلة للشحن. بمجرد استنفاد الطاقة فيها، لا يمكن إعادة شحنها ويجب التخلص منها. تستخدم في التطبيقات البسيطة والقصيرة المدى التي لا تتطلب إعادة شحن.
- الخلايا الثانوية: تعتبر الخلايا القابلة للشحن، ويمكن إعادة شحنها واستخدامها مرارًا وتكرارًا. تعتبر بديلاً أكثر استدامة واقتصادية عن الخلايا الأولية. تستخدم في العديد من التطبيقات بما في ذلك الهواتف المحمولة والأجهزة الإلكترونية والسيارات الكهربائية والتخزين الاحتياطي للطاقة والمزيد.
الخلايا الثانوية تُعد تقدمًا هامًا في مجال تخزين الطاقة، حيث تسمح بإعادة شحنها واستخدامها بشكل مستمر، مما يقلل من النفايات البيئية ويساهم في الحفاظ على البيئة واستدامة الموارد الطبيعية.
على الرغم من اختلافاتهما، كلا النوعين من الخلايا مهمان للغاية في تلبية احتياجاتنا من الطاقة في الحياة اليومية وفي التقدم نحو مستقبل أكثر استدامة ونظيفة. يتم العمل باستمرار على تحسين أداء الخلايا وتطوير تكنولوجيا جديدة لزيادة كفاءتها وتقليل تكلفتها لتوفير طاقة أفضل وأكثر فعالية في المستقبل.
المراجع :
1- موقع www.byjus.com أطلعت عليه بتاريخ 3/8/2023.
2- موقع www.pediaa.com أطلعت عليه بتاريخ 3/8/2023.
3- موقع www.energy.gov أطلعت عليه بتاريخ 3/8/2023.
4- موقع www.letstalkscience.ca أطلعت عليه بتاريخ 3/8/2023.
