تطبيقات الخلايا الكهروكيميائية
تعتبر الخلايا الكهروكيميائية من الوسائل الفعالة في إنتاج الطاقة من خلال تفاعلات كيميائية متعددة. من بين هذه الوسائل، تأتي البطاريات الكهربائية التي تخزن الطاقة، واستخدام الطاقة الكهربائية لتحفيز التفاعلات الكيميائية. هناك العديد من التطبيقات العملية لهذه الخلايا، ومنها:
الطلاء الكهربائي
تهدف عملية الطلاء الكهربائي إلى تغليف الأسطح المعدنية الموصلة بطبقة حماية باستخدام تيار كهربائي. تساهم هذه العملية في منع التآكل والتلف الخارجي، بالإضافة إلى تحسين المظهر الخارجي، ويستخدم في صناعة المجوهرات. على سبيل المثال، يُستخدم النحاس، الفضة، والكروم في طلاء السيارات، الطائرات، والأجهزة الإلكترونية، مما يوفر لها حماية إضافية.
إنتاج الكلور
تسهم الصناعات الكيميائية في تصنيع مركبات أساسية تستعمل في حياتنا اليومية مثل الكلور، الذي يستخدم لأغراض التعقيم وتنقية المياه، إلى جانب صناعة الورق والمبيدات الحشرية والدهانات. تعتمد عملية إنتاج الكلور على تحليل محلول ملحي (كلوريد الصوديوم) بواسطة التحليل الكهربائي، حيث يمر تيار كهربائي عبر الأقطاب، مما يؤدي إلى إنتاج الكلور ومركب هيدروكسيد الصوديوم.
استخلاص الألمنيوم
تتمثل إحدى الوظائف الأساسية للخلايا الكهروكيميائية في استخلاص معدن الألمنيوم، الذي يعد مادةً شائعة الاستخدام في تصنيع هياكل الطائرات والسيارات نظراً لخصائصه خفيفة الوزن مقارنة بالحديد. يستخرج الألمنيوم من صخور البوكسيت من خلال عملية التحليل الكهربائي، حيث يتم إذابته مع معدن الكريوليت ويُمرر تيار كهربائي عبر الأقطاب الجرافيتية لتجميع الألمنيوم عند القطب السالب.
محولات الطاقة الكهروكيميائية
تستفيد محولات الطاقة الكهروكيميائية من مصادر الطاقة البديلة مثل الطاقة الشمسية والطاقة النووية، حيث يتم تحويلها إلى طاقة كهربائية من خلال تقنيات التحليل الكهربائي، ويتم توظيف هذه الطاقة في تطبيقات مثل توفير الطاقة عن بُعد وتشغيل أنظمة الطاقة الفضائية والمركبات.
تخزين الطاقة
تساعد التطبيقات الكهروكيميائية في تطوير بطاريات قابلة لإعادة الشحن، مثل تلك المستخدمة في السيارات الكهربائية وبطاريات الهواتف المحمولة والمحركات الكهربائية. على الرغم من أن هذه التقنية لا تزال قيد التحسين، إلا أنها تمثل خطوة هامة نحو مستقبل الطاقة المستدامة.
الخلايا الكهروكيميائية
تلعب الخلايا الكهروكيميائية (بالإنجليزية: Electrochemical Cell) دورًا محوريًا في قطاع التصنيع وتوفير مصادر طاقة بديلة لتقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري الذي يسبب التلوث. تعمل هذه الخلايا على إنتاج الطاقة وتخزينها لاستخدامها لاحقاً، ويمكن أن تشمل التطبيقات بطاريات الليثيوم، المفاعلات الكهروكيميائية، أجهزة الاستشعار عن بُعد، المكثفات، وخلايا الوقود.
أنواع الخلايا الكهروكيميائية
تُقسم الخلايا الكهروكيميائية إلى نوعين رئيسيين:
الخلايا التحليلية (Electrolytic Cells)
تحول هذه الخلايا الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية من خلال تفاعلات الأكسدة والاختزال. يتطلب هذا النوع وجود أقطاب تسمى المهبط والمصعد لتسهيل حركة الإلكترونات، بالإضافة إلى الحاجة إلى بطارية كمصدر للتيار الكهربائي ومساعدة في التفاعل، حيث أن هذه التفاعلات لا تحدث بصورة تلقائية.
الخلايا الجلفانية (Galvanic Cells)
في هذا النوع، تتحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية خلال تفاعلات الأكسدة والاختزال التي تحدث بصورة تلقائية دون الحاجة إلى محفز. كما يتم إنتاج الإلكترونات من المركبات التي تعرضت للأكسدة، دون الحاجة إلى مصدر طاقة خارجي.