الخلايا والبطاريات هي الأجهزة التي تحول الطاقة الكيميائية (من خلال تفاعلات الأكسدة والاختزال) إلى طاقة كهربائية. يمكن تصنيفها إلى نوعين: الانتخابات التمهيدية والثانوية.
الخلايا والبطاريات الأولية هي تلك التي لا يمكن إعادة شحنها. بمجرد توقف تفاعل نقل الإلكترون ، تتوقف الخلية عن العمل ، لأن تفاعلاتها لا يمكن عكسها.
سابقا البطاريات والبطاريات الثانوية قابلة لإعادة الشحن ويمكن استخدامها مرارًا وتكرارًا.. انظر المثالين الرئيسيين للبطاريات الثانوية:
- بطارية السيارة (بطارية الرصاص / أكسيد الرصاص):
تتكون هذه البطارية من صفائح الرصاص (Pb) موصولة بالموصل السالب وتتخللها ألواح من الرصاص مغطاة بثاني أكسيد الرصاص2) والتي بدورها متصلة بالموصل الموجب. كلاهما مغمور في محلول مائي لحمض الكبريتيك (H2فقط4) مع 40٪ بالكتلة ، والذي يعمل كإلكتروليت (محلول موصل للأيونات).
الرصاص هو القطب السالب أو الأنود الذي يتأكسد ويفقد الإلكترونات ويعمل ثاني أكسيد الرصاص كقطب موجب ، كاثود ، الذي ينقص نفسه ، ويكتسب الإلكترونات:
رد فعل الأنود نصف: Pb + H SO41-+ ح2O ↔ PbSO4 + ح3ا1+ + 2 هـ-
شبه رد فعل الكاثود: PbO2 + HSO41-+ 3 ح3ا1+ + 2 هـ-↔ PbSO4 + 5 ساعات2ا
رد الفعل العام: Pb + PbO2 + 2 HSO41-+ 2 ح3ا1+↔ 2 PbSO4 + 4 ح2ا
عند استهلاك حامض الكبريتيك ، ستفرغ البطارية. لكن ردود فعل تفريغ البطارية الموضحة أعلاه هي تفريغ. نظرًا لأن التفاعلات العكسية ليست تلقائية ، فمن الضروري توفير تيار كهربائي مستمر من خلال مولد مثل المولد أو الدينامو. وبالتالي ، تحدث هذه التفاعلات في الاتجاه المعاكس ، مما يؤدي إلى تجديد حامض الكبريتيك والسماح باستخدام البطارية مرة أخرى.
عادة ما يتم إعادة شحن بطاريات السيارات بواسطة دينامو السيارة. يتم توفير الطاقة من خلال حركة المحرك من خلال المولد الذي يحتوي على دينامو ، وتتمثل وظيفته في تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية. يجب إجراء عملية إعادة الشحن هذه بشكل متكرر لأن هذا النوع من البطاريات يتم تفريغه غالبًا.
توضح لنا كثافة المحلول الحمضي درجة تفريغ البطارية ، إذا كانت الكثافة أقل من 1.20 جم / سم3، يتم تفريغها ، ولكن إذا كانت تساوي 1.28 جم / سم3، يتم تحميله.
لمزيد من التفاصيل حول هذا النوع من البطاريات ، اقرأ النص بطارية الرصاص في السيارة.
- بطارية الهاتف الخليوي (بطارية ليثيوم أيون):
تمثل هذه البطارية أحدث أنظمة تحويل الطاقة ، حيث يتم استخدامها على نطاق واسع في الأجهزة الإلكترونية المحمولة ، وخاصة في الهواتف المحمولة.
باختصار ، القطب السالب أو الموجب لهذه البطارية هو أكسيد الليثيوم والكوبالت ، ويتكون القطب الموجب أو القطب السالب من الكربون (الجرافيت). يعتمد تشغيله على حركة أيونات الليثيوم من القطب الموجب إلى الكاثود عبر المنحل بالكهرباء ، وهو مذيب غير مائي:
رد فعل الأنود نصف: Liذج6 (ق) → ذ لي + ج6+ص-
شبه رد فعل الكاثود: Lixسجع2 (ق) + ذ اقرأ+(س) + ذ و- → قرأتس + صسجع2 (ق)
رد فعل عالمي: ليذج6 (ق) + اقرأxسجع2 → ج6(س) + اقرأس + صسجع2 (ق)
هذه التفاعلات قابلة للعكس ، لذا يمكن إعادة شحن هذه البطاريات إذا تم وضعها في الجهاز. التي تجري تيارًا كهربائيًا وتسبب رد فعل عكسي ، حيث تنتقل أيونات الليثيوم من الأكسيد إلى الجرافيت.
النص بطاريات وبطاريات الليثيوم يشرح تشغيل هذه الأجهزة بالتفصيل.
بقلم جينيفر فوغاسا
تخرج في الكيمياء
مصدر: مدرسة البرازيل - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/pilhas-baterias-secundarias.htm
