پیل الکتروشیمیایی در حقیقت از دو نیم پیل شیمیایی تشکیل شده است که یک پل نمک بین آنها برقرار شده است. یک پیل الکتروشیمیایی هم قادر است تولید جریان الکتریسیته کند و هم می تواند به کمک جریان الکتریسیته واکنش های شیمیایی را تسهیل و تسریع کند. معمول ترین پیل الکتروشیمیایی که همه با آن سر و کار داشته اند انواع باتری است.

همانطور که گفتیم هر پیل از دو نیم پیل تشکیل شده است و هر نیم پیل دارای یک الکترود است و دارای یک الکترولیت است. ممکن است هر دو نیم پیل از یک الکترولیت استفاده کنند یا هر نیم پیل الکترولیت جداگانه ای داشته باشد. در واکنش های شیمیایی که در یک پیل الکتروشیمیایی رخ می دهد الکترولیت، الکترود یا حتی یک جسم خارجی می تواند شرکت کند. در یک پیل الکتروشیمیایی کامل موادی از یک نیم پیل الکترون خود را به الکترود می دهند (اکسیداسیون) در حالیکه موادی از نیم پیل دیگر از الکترود خود الکترون دریافت می کنند. برای ایجاد یک ارتباط یونی بین دو نیم پیل و جلوگیری از مخلوط شدن دو محلول و انجام واکنش های جانبی از یک پل نمکی استفاده می شود. وقتی که الکترون از یک نیم پیل به نیم پیل دیگر انتقال می یابد اختلاف پتانسیل بین آن دو ایجاد می شود و این اختلاف پتانسیل مانع از ادامه جریان الکترون می شود و این پل نمکی است که اجازه می دهد یون ها بین این دو نیم پیل منتقل شوند و تعادل برقرار شود و در عین حال محتویات دو نیم پیل با یکدیگر مخلوط نشود. را حل دیگر که برای جلوگیری از مخلوط شدن دو محلول استفاده می شود استفاده از حلال های ژلاتینی و ظرف های متخلخل است. در باتری های بونزن از ظرف متخلخل برای باطری استفاده شده است.

تعادل واکنش ها در پیل ها

هر نیم پیل یک مشخصه ولتاژی دارد. با توجه به نوع موادی که در ساخت یک پیل استفاده می شود اختلاف پتانسیل یا ولتاژهای متفاوتی بین دو نیم پیل بوجود خواهد آمد. هر واکنش شیمیایی تمایل دارد به تعادل برسد که این تعادل در حالت اکسیداسیون یون ها رخ می دهد وقتی که پیل به تعادل شیمیایی رسید نمی توان ولتاژ بیشتری از آن گرفت.

با توجه به الکترود هایی که در ساخت پیل مورد استفاده قرار می گیرد می توان پیش بینی کرد که ولتاژ هر سلول یک باتری چقدر است. سلول باتری ها به صورت استاندارد معمولا ولتاژی بین 0 تا 6 ولت دارند. سلول باتری هایی که الکترولیت آنها پایه آب دارند معمولاً ولتاژی زیر 2.5 ولت دارند چون خاصیت اکسیداسیون بالا که در سلول های با ولتاژ بالا وجود دارد احتمال رخ دادن فعل و انفعال شیمیایی نا خواسته بین آب و دیگر محتویات سلول باتری افزایش می یابد.

باتری ها می توانند قابل شارژ یا غیر قابل شارژ باشند که در نوع قابل شارژ مسیر واکنش شیمیایی در باتری به کمک انرژی الکتریسیته معکوس می شود و به این ترتیب انرژی در این باتری ها ذخیره می شود یا اصطلاحا باتری شارژ می شود. قدیمی ترین باتری های قابل شارژ باتری های اسیدی-سربی هستند. این باتری ها نیازی به یک محفظه در بسته با آب بندی کامل ندارند و به همین دلیل بسیار مورد استفاده قرار گرفته اند فقط باید در محیطی که باتری وجود دارد تهویه به درستی انجام شود تا گاز هیدروژنی که توسط این باتری ها هنگام شارژ  تولید می شود خارج شود و از خطر انفجار جلوگیری شود. همچنین این باتری ها به نسبت مقدار الکتریسیته ای که تولید می کنند بسیار سنگین هستند. اما به دلیل هزینه ساخت پایین و قدرت تحمل اضافه جریان های بالا  به وفور در صنعت مورد استفاده قرار می گیرند.

یکی دیگر از انواع باتری های قابل شارژ باتری های نیکل کادمیوم NiCd ، نیکل متال هادراید NiMH و لیتیوم یون Li-ion هستند که باتری های لیتیوم یون قسمت بزرگی از بازار را به خود اختصاص داده اند. اما باتری های نیکل متال مدتی است که جایگزین باتری های نیکل کادمیوم شده اند البته هنوز باتری های نیکل کادمیوم در مصارفی مانند تجهیزاتی که به توان بالا نیاز دارند یا تجهیزات پزشکی مورد استفاده قرار می گیرند.

 در باتری های غیر قابل شارژ می توان انرژی بیشتری ذخیره کرد اما نمی توان مسیر واکنش شیمیایی را به سادگی معکوس کرد و باید پس از اتمام عمر باتری آنرا بازیافت نمود. همچنین این باتری ها بلافاصله بعد از اسمبل شدن قابل استفاده هستند.

علی یزدی مقدم

مطالب مرتبط:

• بمب الکتریکی با استفاده از ابر رسانا ها
• اساس کار لیزر های نظامی
• ترمز های الکتریکی چگونه کار می کنند؟
• شمع خودرو
• تولید الکتریسیته
• آشنايي با انواع روبات ها