ليكلانشي سيل

خلية ليكلانشيه هي بطارية اخترعها العالم الفرنسي جورج ليكلانشيه وحصل على براءة اختراعها عام 1866. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]} احتوت البطارية على محلول موصل ( إلكتروليت ) من كلوريد الأمونيوم ، ومهبط (قطب موجب) من الكربون ، ومزيل استقطاب من ثاني أكسيد المنغنيز (مؤكسد)، ومصعد ( قطب سالب) من الزنك (مختزل). ^{[ 4 ] [ 5 ]} تم لاحقًا تكييف التركيب الكيميائي لهذه الخلية بنجاح لتصنيع خلية جافة .

في عام 1866، اخترع جورج ليكلانشيه بطارية تتكون من مصعد من الزنك ومهبط من ثاني أكسيد المنغنيز مغلف بمادة مسامية، مغمور في وعاء من محلول كلوريد الأمونيوم . احتوى مهبط ثاني أكسيد المنغنيز على كمية قليلة من الكربون، مما حسّن التوصيلية والامتصاص. ^{[ 6 ]} وقد وفرت هذه البطارية جهدًا كهربائيًا قدره 1.4 فولت. ^{[ 7 ]} حققت هذه الخلية نجاحًا سريعًا في التلغراف والإشارات وأجراس الكنائس الكهربائية.

استُخدمت البطاريات الجافة لتشغيل الهواتف القديمة - عادةً من صندوق خشبي مُثبّت على الحائط - قبل أن تتمكن الهواتف من سحب الطاقة من خط الهاتف نفسه. لم تكن بطارية ليكلانشيه قادرة على توفير تيار مستمر لفترة طويلة؛ ففي المحادثات المطولة، كانت البطارية تنفد، مما يجعل المحادثة غير مسموعة. [ 8 ^{] ويعود ذلك} إلى أن بعض التفاعلات الكيميائية داخل البطارية تزيد من مقاومتها الداخلية ، وبالتالي تخفض جهدها. وتنعكس هذه التفاعلات عندما تُترك البطارية دون استخدام، مما يجعلها مناسبة لفترات استخدام قصيرة متقطعة، ولكن ليس لفترات استخدام طويلة. ^{[ 9 ]}

كان الشكل الأصلي للخلية يستخدم وعاءً مساميًا، مما أدى إلى مقاومة داخلية عالية نسبيًا. ولخفض هذه المقاومة، أُجريت تعديلات مختلفة، منها "خلية الكتلة المتكتلة" و"خلية الكيس". سعى كل من ليكلانشيه أولًا، وكارل غاسنر لاحقًا، إلى تحويل الخلية الرطبة الأصلية إلى خلية جافة أكثر سهولة في الحمل وأكثر كفاءة .

خلية وعاء مسامية

في خلية ليكلانشيه الأصلية، يُعبأ مزيل الاستقطاب (وهو في الواقع عامل الأكسدة في الخلية)، المكون من ثاني أكسيد المنغنيز المسحوق ، داخل وعاء، ويُدخل قضيب من الكربون ليعمل ككاثود (تفاعل الاختزال). ثم يُغمر الأنود (تفاعل الأكسدة)، وهو قضيب من الزنك، مع الوعاء في محلول كلوريد الأمونيوم . يعمل المحلول السائل كإلكتروليت ، حيث يتخلل الوعاء المسامي ليتصل بالكاثود.

خلية كتلة متكتلة

في عام 1871، استغنى ليكلانشيه عن الوعاء المسامي واستبدله بزوج من "الكتل المتكتلة"، المثبتة على لوحة الكربون بواسطة أربطة مطاطية. صُنعت هذه الكتل عن طريق خلط ثاني أكسيد المنغنيز مع مواد رابطة وضغط الخليط في قوالب.

خلية الكيس

في هذه الخلية، يُستبدل الوعاء المسامي بغلاف من القماش أو الخيش. كما يُستبدل قضيب الزنك بأسطوانة من الزنك لزيادة مساحة السطح. وتتميز هذه الخلية بمقاومة داخلية أقل من الخليتين السابقتين (المسامية والمتكتلة).

إضافة النشا

في عام 1876، أضاف جورج ليكلانشيه النشا إلى محلول كلوريد الأمونيوم الإلكتروليتي في محاولة لتحسين عملية الهلام .

خلية جافة محسّنة

في عام 1888، قام الطبيب الألماني كارل جاسنر بتحسين عملية التجليد وأنتج خلية جافة أكثر قابلية للحمل عن طريق خلط الجبس والمواد الكيميائية المحبة للماء مع محلول كلوريد الأمونيوم الإلكتروليتي.

يتضمن تفاعل الأكسدة والاختزال في خلية ليكلانشيه نصفي التفاعل التاليين:

– المصعد (أكسدة الزنك): Zn → Zn²⁺ ⁺ 2e⁻ ^| E₀ = ^-0.76 فولت

- الكاثود (اختزال المنغنيز الرباعي): 2 MnO₂ ₊ 2NH₄⁺ ⁺ _2e⁻ → 2 MnO(OH) + 2 NH₃ _| E₀ ⁼ 1.23 ^فولت

تبدأ العملية الكيميائية التي تُنتج الكهرباء في خلية ليكلانشيه عندما تتأكسد ذرات الزنك على سطح المصعد ، أي أنها تفقد إلكتروناتها الخارجية لتصبح أيونات Zn²⁺ موجبة الشحنة . ^ومع ابتعاد أيونات Zn²⁺ عن المصعد، تاركةً إلكتروناتها على سطحه، يصبح المصعد أكثر سلبيةً من المهبط. عند توصيل الخلية بدائرة كهربائية خارجية ^، تتدفق الإلكترونات الزائدة على مصعد الزنك عبر الدائرة إلى قضيب الكربون ، مُشكّلةً تيارًا كهربائيًا . يساوي فرق الجهد بين المصعد والمهبط الفرق بين جهدي نصفي التفاعل، مما يُنتج جهدًا نظريًا قدره 1.99 فولت من طاقة الوضع بين الطرفين. وتؤدي عوامل مختلفة، مثل المقاومة الداخلية ، إلى خفض هذه القيمة إلى 1.4 فولت التي تُقاس عمليًا من هذه الخلايا.

أثناء مرور التيار في الدائرة، عندما تدخل الإلكترونات إلى المهبط (قضيب الكربون)، تتحد مع ثاني أكسيد المنغنيز (MnO₂ ₎ والماء (H₂O ₎ ، اللذين يتفاعلان مع بعضهما البعض لإنتاج أكسيد المنغنيز ( _Mn₂O₃ ) وأيونات الهيدروكسيد _سالبة الشحنة . ويصاحب ذلك تفاعل حمضي-قاعدي ثانوي، حيث تستقبل أيونات الهيدروكسيد (OH⁻ ⁾ بروتونًا (H⁺ ⁾ من أيونات الأمونيوم الموجودة في محلول كلوريد الأمونيوم الإلكتروليتي لإنتاج جزيئات الأمونيا والماء. ^{[ 10 ]}

Zn(s) + 2 MnO ₂ (s) + 2 NH ₄ Cl(aq) → ZnCl ₂ (aq) + Mn ₂ O ₃ (s) + 2 NH ₃ (aq) + H ₂ O(l),

أو إذا أخذ المرء في الاعتبار أيضًا عملية ترطيب أكسيد Mn ₂ O ₃ (s) إلى أكسيد هيدروكسيد Mn(III):

Zn(s) + 2 MnO ₂ (s) + 2 NH ₄ Cl(aq) → ZnCl ₂ (aq) + 2 MnO(OH)(s) + 2 NH ₃ (aq)

بدلاً من ذلك، يمكن أن يستمر تفاعل اختزال Mn(IV) بشكل أكبر، مكونًا هيدروكسيد Mn(II).

Zn(s) + MnO ₂ (s) + 2 NH ₄ Cl(aq) → ZnCl ₂ (aq) + Mn(OH) ₂ (s) + 2 NH ₃ (aq)

تبلغ القوة الدافعة الكهربائية (emf) الناتجة عن خلية ليكلانش 1.4 فولت ، مع مقاومة تبلغ عدة أوم عند استخدام وعاء مسامي. ^{[ 7 ]} وقد شاع استخدامها في التلغراف ، والإشارات ، والأجراس الكهربائية ، والتطبيقات المماثلة التي تتطلب تيارًا متقطعًا، وكان من المرغوب فيه أن تتطلب البطارية صيانة قليلة.

كانت خلية ليكلانشيه الرطبة سلفًا لبطارية الزنك والكربون الحديثة ( خلية جافة ). تؤدي إضافة كلوريد الزنك إلى معجون الإلكتروليت إلى رفع القوة الدافعة الكهربائية إلى 1.5 فولت. وفي التطورات اللاحقة، تم الاستغناء تمامًا عن كلوريد الأمونيوم، مما أدى إلى الحصول على خلية قادرة على تحمل تفريغ أكثر استدامة دون ارتفاع مقاومتها الداخلية بسرعة (خلية كلوريد الزنك).

• قائمة أنواع البطاريات
• تاريخ البطارية
• البطارية القلوية ، وهي خلية مماثلة استُبدل فيها محلول كلوريد الأمونيوم (NH₄Cl) _{بمحلول هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH). وقد تم تسويق هذا النوع المحسن من البطاريات، ذو كثافة الشحنة الأعلى بكثير (5 أضعاف)، في وقت لاحق (1960/1970).}

• الكهرباء العملية من تأليف دبليو إي أيرتون وتي ماثر، نشرتها شركة كاسيل وشركاه، لندن، 1911، الصفحات 188-193