به طور کلی در الکتروشیمی بر اساس تولید یا مصرف الکتریسیته دو سلول تعریف می شود: سل های گالوانی و سل های الکترولیتی .در این مقاله به تعریف ساختار کلی پیل های گالوانی و کاربرد آنها در تولید الکتریسیته می پردازیم.
مقایسه سل گالوانی و سل الکترولیتی
اصول اصلی واکنش های الکتروشیمیایی بر اساس واکنش های اکسیداسیون و احیا تعریف می شود, که در آنها تولید یا مصرف الکترون را خواهیم داشت. پیل های گالوانی در واقع سلول های الکتروشیمیایی هستند که واکنش های اکسیداسیون و احیا به صورت خود به خودی در آن در حال انجام است و نتیجه کلی آن تولید جریان الکتریکی است .هر سلول گالوانی از دو نیم سلول که حاوی محلول های الکترولیت مشخص هستند, دو الکترود فلزی, مدار خارجی و یک پل نمکی ساخته شده است . در یکی از نیم سلول ها واکنش اکسایش و در دیگری کاهش اتفاق میافتد و انتقال الکترون از طریق مدار خارجی باعث ایجاد جریان الکتریکی میشود. نقش پل نمکی خنثی نگه داشتن دو محلول الکترولیت حین واکنش و ایجاد ارتباط بین یون های موجود در دو محلول است.
چجوری یک پیل گالوانی بسازیم؟
ساخت یک سلول گالوانی در آزمایشگاه می تواند به سادگی انجام گیرد برای این کار به دو الکترود فلزی( مثلاً الکترود مس و روی ),دو بشر حاوی نمک فلزهای استفاده شده به عنوان الکترود و کاغذ صافی آغشته به پتاسیم کلرید به عنوان پل نمکی نیاز داریم. مطابق شکل سل را بسته و مدار خارجی را کامل میکنیم .می توانیم از یک لامپ یا ولت متر برای اطمینان از کار کردن مدار و تولید جریان الکتریکی استفاده کنیم.
یک نمونه سل گالوانی
کاربرد های پیل های گالوانی
از جمله کاربردهای پیل های گالوانی ساخت باتری ها به عنوان منبع انرژی است. اگرچه از هر واکنش اکسیداسیون و احیا می توان برای تولید جریان الکتریکی استفاده کرد, اما در کاربرد های تجارتی ,بعضی ملزومات را باید در نظر گرفت: از جمله این ملزومات می توان به قیمت کم مواد اولیه و هزینه ساخت , انرژی بالا به ازای واحد حجم و وزن, ظرافت ,با دوام بودن و طول عمر بالا و… اشاره کرد.
بنابراین در صنعت باتری سازی باید به فاکتورهای ویژه‌ای توجه شود تا باتری تولید شود که علاوه بر موارد گفته شده, در تمام طول عمرش پتانسیل تقریباً ثابتی را تولید کند.
باتری ها بر حسب کاربرد و مصارف مختلف در انواع مختلفی ساخته می شوند , مثلاً :باتری های خشک یا چراغ قوه معمولی ,باتری های جیوه ای ,باتری نیکل- کادمیم و… که ساختار آنها را در زیر می توانید ببینید:
باتری خشک
باتری نیکل-کادمیم
باتری نیکل-کادمیم
باتری جیوه ای
سلول های سوختی
از دیگر کاربردهای سلول های گالوانی پیل های سوختی هستند. که در واقع باتری هایی هستند که برخلاف باتری هایی که تاکنون مورد بحث قرار دادیم, مواد اولیه آن به طور دائم مانند سوخت ماشین, به آنها خورانده میشوند و جریان الکتریکی تولید می شود.
از جمله پیل های سوختی مهم پیل سوختی هیدروژن- اکسیژن مورد استفاده در برنامه فضایی جمینی بوده, که علاوه بر تولید جریان الکتریکی کار تولید آب مصرفی فضاپیما راهم انجام می داده .همچنین پیل های سوختی بیولوژیکی وجود دارند که در آنها از اکسیداسیون سوخت های بسیار ارزان از جمله فاضلاب, توسط باکتری استفاده می شود .در این صورت علاوه بر تولید الکتریسیته ,توانستیم از آلوده شدن بیشتر محیط زیست جلوگیری کنیم.
نحوه عملکرد سل سوختی
