الخلايا الأولية والثانوية :

يمكن استخدام التفاعلات الكيميائية لتحويل الطاقة الكيميائية الى طاقة كهربائية وهي طريقة على عكس التي قدمناها في اجزاء سابقة من هذا الفصل . ويمكن إحداث التفاعلات الكيميائية في وحدة مصممة خصوصاً بهدف الحصول على طاقة كهربائية . وتشيع تسمية هذه الوحدات بالخلايا او البطاريات . تنتج الخلايا الأولية الكهربائية بواسطة تفاعل كيميائي غير قابل للعكس بسهولة ، ولذلك يتوجب استبدال المواد الكيميائية بعد حدوث التفاعل . وتعتمد الخلايا الثانوية على التفاعلات الكيميائية العكوسة بالطاقة الكهربائية ولذلك لا تحتاج الى استبدال مقوماتها الكيميائية . كلفة الطاقة الكهربائية التي تحتويها هذه البطاريات عالية جداً ، وخصوصاً اذا استخدمت لإنتاج كميات كبيرة من الكهرباء . بلغ إجمالي بيع البطاريات 3300 مليون دولاراً عام 1979 ، كان منها 600 مليوناً على الأقل من اجل مواد كيميائية ، بما فيها المعادن .

إن تطوير الخلايا الثانوية ذات الوزن الخفيف والمحتوى العالي من الطاقة قد تحدث ثورة في استخدام الطاقة عن طريق تسويتها leveling out لعامل التحميل في مصانع القدرة ، مما يجعل الناقلات المزودة بالطاقة كهربائياً مرضية للاستخدام العام ، وقد تجعل بالإمكان استخدام الطاقة المستمدة من الرياح والمد والجزر على نحو اقتصادي .

441

‏الخلية الجافة العادية جهاز قديم جدا ، تحدرت مباشرة من خلية لكلانشيه Leclanche cell . يكون فبها مجمع التيار الكاثودي قضيب من الكربون ، والأنود من الزنك ، والالكتروليت هو كلوريد الزنك او مزيج من كلوريد الزنك وكلوريد الامونيوم ، يحضر في قوام معجون مع مادة غروانية ( استخدم النشاء والدقيق ) وثاني اكسيد المنغنيز الموجود كمانع للاستقطاب . يحيط بهذه الخلية غلاف من ورق مقوى وبلاستيك لعزل هذه الخلية " الجافة " .

‏خلايا الوقود هي خلايا اولية تستخدم معالجات الاحتراق المحفز لتوليد الكهرباء . وهي خلايا ممتازة حيثما امكن الحصول على الموثوقية ، وانخفاض الوزن في وحدة الطاقة المنتجة ، وحيثما لا تؤخذ الكلفة بعين الاعتبار . وهي ايضا وحدات واعدة بالتوليد الفعال على نطاق واسع . وتقام اليوم منشآت اساسية تحمك اجزاء متحركة ستولد الطاقة بهدوء للاستخدام المنزلي . ويمكن وضعها قريبا من المستهلك لأنها تتصف بالهدوء وعدم تلويث الجو ، الامر الذي يوفر كلفة التوزيع . ( انظر الفصل الرابع بخصوص النظرية والدراسة ) يتضمن الوقود المستخدم الهيدروكربونات ، والميثانول ، والامونيا ، والهيدرازين hydrazine ‏، والهيدروجين مع الهواء او الاكسجين ، وهو المؤكسد العادي .

‏الخلية النانوية الاكثر اهمية هي المركم الرصاصي lead storage batter . والتفاعلات التي تحدث عند التفريغ بين إلكترودين غاطسين في حمض الكبربتيك (الكبريت) المخفف جزئياً هي .

‏على صفيحة البيروكسيد الرصاصية الايجابية ( الكاثود )

تتولد الطاقة الكهربائية عندما تحدث هذه التفاعلات . ولتجديد النشاط ، أي إعادة شحن البطارية ، تستخدم الطاقة الكهربائية وتنعكس التفاعلات . تتألف البطارية من صفائح من الرصاص على شكل تمتلئ ، عندما تشحن ، بـ بيروكسيد الرصاص على الصفيحة الإيجابية وبالرصاص الإسفنجي على الصفيحة السالبة . تفصل الصفائح عن بعضها حواجز مصنوعة من مواد ذات مسامات دقيقة ككلوريد البولي فينيل ، أو البوليستر ، أو البوليبروبلين ، أو المطاط ، او الزجاج . تملأ البطارية بحمض الكبريتيك المخفف . وتتألف البطارية العادية من 13-15 صفيحة في الخلية وتضم عدة خلايا على التسلسل . وتولد كل خلية 2 فولطاً .

وهناك خلية أخرى تستخدم على نطاق واسع هي بطارية إديسون . تتألف الصفيحة الإيجابية فيها من بيروكسيد النيكل وقشور معدن النيكل ، والصفيحة السالبة من الحديد المطحون ناعماً . ويتألف الإلكتروليت من مزيج من هيدروكسيد البوتاسيوم وهيدروكسيد الليثيوم . تستخدم هذه البطارية على نطاق واسع في التشغيل الصناعي العنيف وفي استخدامات الخطوط الحديدية .

تشبه الخلية الثانوية المؤلفة من النيكل – كادميوم خلية إديسون المؤلفة من النيكل – حديد ، لكن مدة تخزينها أفضل ، وتفقد فقط حوالي 10 % من قدرتها خلال أول 48 ساعة بعدئذٍ تفقد حوالي 3 % أو أقل شهرياً . تستخدم هذه الخلية

‏للإلكترودات الموجبة والسالبة ، على التوالي ، هيدروكسيد النيكل وهيدروكسيد الكادميوم - كادميوم كمواد نشيطة كهرو كيميائيا . والالكتروليت فيها هو محلول هيدروكسيد البوتاسيوم المائي . ويمكن تمثيل التفاعل الاجمالي في الخلية كما يلي :

2Ni(OH)₃ + Cd → 2Ni(OH)₂ + Cd(OH)₂

                                  مفرغة                     مشحونة                

تبلغ فولطية التفريغ الاسمية للخلية حوالي  1 فولطاً . هذه الخلايا متينة ، يتصاعد منها قليل من الغازات ، فعالة عند درجات الحرارة المنخفضة ، وتستخدم ، على الرغم من كلفتها العالية ، في الخدمات الاحتياطية والطارئة ، والخدمة المتحركة ، وفي الأجهزة التطبيقية العديمة القلب كمكنات الحلاقة الكهربائية وفراشي الأسنان .

وكان القمر الصناعي تلستار قد حمل جهاز اتصال زود بالقدرة بواسطة 19 بطارية نيكل – كادميوم .

يتواصل تطوير البطاريات بقوة وكذلك الصفائح الرصاصية الواعدة . ويبين الجدول 14-6 بعض الخصائص التي يمكن الحصول عليها من مجموعات البطاريات الأقل شيوعاً مقارنة بأفضل وحدات الرصاص – الحمض .

يجب مراجعة الأرقام بحذر ، لأن التطورات الحالية تعمل على تغييرها بسرعة .

لأن السيارة تحتاج لاجتياز 100 ميلاً بسرعة معقولة من غير تجديد الشحن ، الى طاقة كثافة 356 KJ / Kg بقدرة إجمالية مقدارها KJ 178000 بكلفة منخفضة نسبياً .

وهذا الهدف لا يمكن تحقيقه في الوقت الحاضر . ولكن هناك تطور جديد يبشر بتقدم حقيقي في هذا الميدان ، رغم عدم نجاح التكنلوجيا والكلفة في حل هذه المسألة .

وتتميز بكثافة جيدة في الطاقة البطاريات العضوية التي لا تستخدم معدناً في تركيبها وتحتوي على إلكترودات من بولي أسيتيلين أو بارا فينيلين (P-Phenylene) وإلكتروليت هو بيركلورات امونيوم - تترابوتيل في كربونات بروبيلين ، وتعطي تيارات كبيرة جدا بالنسبة لحجمها .

‏وتجري ايضا دراسة البطاريات الثي تستخدم المعالجات البيولوجية .

‏الجدول 1- 1. صفات انظمة البطاريات القابلة لتجديد الشحن.

مواضيع ذات صلة

صناعة حمض الكبريتيك

تركيب حامض الكبريتوز

كلوريد الثيونيل Thionyl Chloride

حامض الكبريتوز: Sulphureous Acid

مركبات الكبريت مع الأكسجين

مركبات الكبريت مع الهيدروجين

الكبريت الغروي

الحصول على الكبريت من المناجم Sulphur Mining

الأشكال التأصلية للكبريت

الاختبارات الخاصة للورق

تحويل اللب إلى ورق

صناعة الورق