மின்சேமிப்புக் கலன்கள்

மின்சேமிப்புக் கலன்கள் :

நவீன மின்னணு உலகில் மின் சேமிப்புக் கலன்கள் இன்றியமையாதவைகளாகும். எடுத்துக்காட்டாக, கைப்பேசிகளில் பயன்படும் Li - அயனி சேமிப்புக் கலன்கள், மின்கலவிளக்குகளில் பயன்படும் பசைமின்கலன்கள் போன்றவை இந்த மின் சேமிப்புக் கலன்கள் நிலையான மின்னழுத்தம் கொண்ட நேர்மின்னோட்ட மூலங்களாக பயன்படுத்தப்படுகின்றன. நாம் இந்த மின் சேமிப்புக் கலன்களை முதன்மை மின்கலன்கள் (மின்னேற்றம் செய்ய இயலாதவை - non-rechargable) மற்றும் துணை மின்கலன்கள் (மின்னேற்றம் செய்ய இயலுபவை - rechargable) என இருவகைகளாக வகைப்படுத்தலாம். இந்த பாடப்பகுதியில் சில மின் சேமிப்புக் கலன்களின் மின்வேதியியலைப் பற்றி சுருக்கமான விவாதிப்போம். 

லெக்லாஞ்சே மின்கலம் 

நேர்மின்முனை : ஜிங்க் கலன் 

எதிர்மின்முனை : MnO2 உடன் தொடர்பிலுள்ள கிராஃபைட் தண்டு 

மின்பகுளி     : நீரிலுள்ள அம்மோனியம் குளோரைடு மற்றும் ஜிங்க் குளோரைடு மின்கலத்தின் Emf மதிப்பு ஏறத்தாழ 1.5V

கலவினைகள் : 

நேர்மின்முனையில் ஆக்ஸிஜனேற்றம்

Zn (s) → Zn2+ (aq) + 2e-                           ... (1)

எதிர்மின்முனையில் ஒடுக்கம்

2 NH4+ (aq) + 2e- →  2NH3 (aq) + H2 (g)            ... (2)

ஹைட்ரஜன் வாயுவானது MnO2 வினால் நீராக ஆக்ஸிஜனேற்றம் செய்யப்படுகிறது

H2 (g) + 2 MnO2 (s) → Mn2O3 (s) + H2O (Ɩ)         ... (3)

சமன்பாடுகள் (1) + (2) + (3) ஐ கூட்ட ஒட்டுமொத்த ஆக்ஸிஜனேற்ற ஒடுக்க வினை

Zn (s) + 2NH4+ (aq) + 2 MnO2(s) → Zn2+ (aq) + Mn2O3 (s) + H2O (Ɩ)+2NH3 ...... (4)

எதிர்மின்முனையில் உருவாக்கப்பட்ட அம்மோனியாவானது Zn2+ அயனிகளுடன் இணைந்து [Zn (NH3)4]2+ (aq) எனும் அணைவு அயனியை உருவாக்குகிறது. வினை நிகழ, நிகழ NH4+ அயனிச் செறிவு குறைந்து கொண்டே செல்கிறது, மேலும் நீரிய NH3 அதிகரித்துக்கொண்டே இருப்பதால் மின்கலனின் emf குறைகிறது.

பாதரச பட்டன் மின்சேமிப்புக் கலகலம்

நேர்மின்முனை : பாதரசத்துடன் இரசக்கலவையாக்கப்பட்ட ஜிங்க்

எதிர்மின்முனை : கிராஃபைட்டுடன் கலக்கப்பட்ட HgO

மின்பகுளி      : KOH மற்றும் ZnO கலந்த பசை

நேர்மின்முனையில் ஆக்ஸிஜனேற்றம் நிகழ்கிறது : 

எதிர்மின்முனையில் ஒடுக்கம் நிகழ்கிறது: 

ஒட்டுமொத்த வினை : Zn (s) + HgO (s) → ZnO (s) + Hg (Ɩ)

மின்கல emf : ஏறத்தாழ 1.35V.

பயன்கள்   : இது அதிக திறன் மற்றும் நீண்ட ஆயுள் கொண்டது. பேஸ்மேக்கர், மின்னணு கடிகாரங்கள், கேமராக்கள் போன்றவற்றில் பயன்படுகின்றன.

துணை மின்கலங்கள்:

கால்வானிக் மின்கலன்களில் நிகழும் மின்வேதி வினைகளை, அந்த மின்கலன் உருவாக்கிய emf மதிப்பை விட சற்றே அதிகமான மின்னழுத்தத்தை செலுத்துவதன் மூலம் எதிர்திசையில் நிகழச்செய்யலாம் என முன்னரே கற்றறிந்தோம். இக்கொள்கையானது, துணைமின்கலங்களில், ஆரம்ப வினைப்பொருட்களை மீளுறுவாக்குவதற்காக பயன்படுத்தப்படுகிறது. லெட் சேமிப்புக் கலனை எடுத்துக்காட்டாக கொண்டு துணை மின்கலன்களின் செயல்பாட்டை நாம் புரிந்து கொள்வோம். 

லெட் சேமிப்பு கலன்

நேர்மின்முனை : மிருதுவான லெட் 

எதிர்மின்முனை : PbO2 பூசப்பட்ட லெட் தகடு 

மின்பகுளி     : 38% நிறை சதவீதமுடைய, 1.2g / mL அடர்த்தி கொண்ட H2SO4- 

நேர்மின்முனையில் ஆக்ஸிஜனேற்றம் நிகழ்கிறது 

Pb(s) → Pb2+ (aq) + 2e-                       ......(1) 

Pb2+ அயனிகள் SO4-2 உடன் இணைந்து PbSO4 வீழ்படிவை உருவாக்குகின்றன.

Pb2+ (aq) + SO4-2 (aq) → PbSO4 (s)                ......(2)

எதிர்மின்முனையில் ஒடுக்கம் நிகழ்கிறது

PbO2 (s) + 4 H+ (aq) + 2e–  → Pb2+ (aq) + 2H2O (Ɩ)     ......(3) 

இந்த Pb2+ அயனிகள் H2SO4 இல் உள்ள SO4-2 உடன் இணைந்து PbSO4 வீழ்படிவை உருவாக்குகின்றன. 

Pb2+ (aq) + SO4-2  (aq) → PbSO4(s)                  ......(4) 

ஒட்டுமொத்த வினைகள் 

சமன்பாடுகள் (1) + (2) + (3) + (4)

Pb (s) + PbO2 (s) + 4H+ (aq) + 2 SO4-2 (aq) → 2 PbSO4 (s) + 2H2O (Ɩ) 

ஒரு மின்கலத்தின் emf மதிப்பு ஏறக்குறைய 2V வழக்கமாக ஆறு மின்கலன்களை தொடர் வரிசையில் இணைத்து 12 வோல்ட் உருவாக்கப்படுகிறது.

மின்கலத்தின் emf ஆனது H2SO4 ன் செறிவைப் பொருத்தமைகிறது. கலவினையில் SO4-2 அயனிகள் பயன்படுத்தப்பட்டுவிடுவதால் H2SO4 ன் செறிவு குறைகிறது. மின்கல மின்னழுத்தம் ஏறக்குறைய 1.8V ஆக குறையும்போது, மின்கலம் மின்னேற்றம் செய்யப்பட வேண்டும். 

மின்கலத்தை மின்னேற்றம் (recharge) செய்தல்

முன்னர் கூறியவாறு, 2V க்கும் அதிகமான மின்னழுத்தம் மின்முனைகளுக்கிடையே வழங்கப்படுகிறது, மின்னிறக்க (discharge) செயல்பாட்டின்போது நிகழ்ந்த கலவினைகள் தற்பொழுது எதிர்திசையில் நிகழ்கின்றன. மின்னேற்றம் செய்யும் செயல்முறையில், நேர்மின்முனை மற்றும் எதிர்மின்முனையின் பங்கு தலைகீழாக மாறுகிறது, மேலும் H2SO4 மீளுருவாக்கப்படுகிறது.

எதிர்மின்முனையில் ஆக்ஸிஜனேற்றம் நிகழ்கிறது (தற்போது நேர்மின்முனையாக செயல்படுகிறது)

நேர்மின்முனையில் ஒடுக்கம் நிகழ்கிறது (தற்போது எதிர்மின்முனையாக செயல்படுகிறது) 

PbSO4 (s) + 2e- → Pb(s) + SO42- (aq) 

ஒட்டுமொத்த வினை

2PbSO4 (s) + 2H2O (Ɩ) → Pb (s) + PbO2 (s) + 4H+ (aq) + 2 SO4-2  (aq) + 2e- 

அதாவது ஒட்டுமொத்த கலவினையானது, மின்னிறக்கத்தின்போது நிகழ்ந்த ஆக்ஸிஜனேற்ற ஒடுக்க வினைக்கு எதிர்திசையில் நிகழும் வினையாகும். 

பயன்கள்: 

தானியங்கி மோட்டார் வாகனங்கள், இரயில்கள், மாறுதிசைமின்மாற்றி ஆகியவற்றில் பயன்படுகிறது. 

லித்தியம் - அயனி மின்சேமிப்புக் கலன்

நேர்மின்முனை : துளைகளுடைய கிராஃபைட்

எதிர்மின்முனை : CoO2 போன்ற இடைநிலை உலோக ஆக்சைடு. 

மின்பகுளி : கரிம கரைப்பானில் கரைந்த லித்தியம் உப்பு நேர்மின்முனையில் ஆக்ஸிஜனேற்றம் நிகழ்கிறது

Li (s) – Li+ (aq) + e-

எதிர்மின்முனையில் ஒடுக்கம் நிகழ்கிறது 

Li+ + CoO2 (s) → e- Li CoO2 (s)

ஒட்டுமொத்த வினைகள்

Li (s) + CoO2 → Li CoO2 (s)

இந்த இரண்டு மின்முனைகளும் தங்களின் அமைப்பிற்குள்ளேயும் வெளியேயும் சென்று வர Li+ அயனிகளை அனுமதிக்கின்றன. 

மின்னிறக்கத்தின் போது, நேர்மின்முனையில் உருவாக்கப்பட்ட Li+ அயனிகள் கரிம மின்பகுளி வழியாக எதிர்மின்முனையை நோக்கி நகருகின்றன. மின்கலத்தால் உருவாக்கப்பட்ட emf ஐவிட அதிகமான மின்னழுத்தத்தை, மின் முனைகளுக்கிடையே செலுத்தும்போது கலவினையானது எதிர்திசையில் நிகழ்கிறது. மேலும் இப்போது Li+ அயனிகள் எதிர்மின்முனையிலிருந்து நேர்மின்முனை நோக்கி நகருகின்றன, அங்கு அவை நுண்துளைகளுடைய மின்முனையின் மீது சென்று படிகின்றன. இந்நிகழ்ச்சியானது ஊடுகலத்தல் (intercalation) என அறியப்படுகிறது. 

பயன்கள் :

இவை கைப்பேசி, மடிகணினி, கணினிகள், கேமராக்கள் மோன்றவற்றில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. 

எரிபொருள் மின்கலம் :

எரிபொருட்களை எரிப்பதால் உருவாகும் ஆற்றலை மின்னாற்றலாக மாற்றக்கூடிய கால்வானிக் மின்கலமானது எரிபொருள் மின்கலம் என்றழைக்கப்படுகிறது. இது தொடர்ந்து வேலை செய்வதற்கு, வினைப்பொருள் தொடர்ந்து வழங்கப்பட வேண்டும். பொதுவாக, எரிபொருள் மின்கலமானது பின்வருமாறு குறிப்பிடப்படுகிறது.

எரிபொருள் │மின்முனை│ மின்பகுளி │மின்முனை │ஆக்ஸிஜனேற்றி

ஹைட்ரஜன் - ஆக்ஸிஜன் எரிபொருள் மின்கலத்தை கருதுவதன் மூலம் எரிபொருள் மின்கலத்தின் செயல்பாட்டை நாம் புரிந்து கொள்வோம். இந்த நேர்வில், ஹைட்ரஜன், எரிபொருளாகவும், ஆக்ஸிஜன், ஆக்ஸிஜனேற்றியாகவும், 200°C வெப்பநிலை மற்றும் 20 – 40 atm அழுத்தத்தில் பராமரிக்கப்படும் நீர்த்த KOH கரைசல் மின்பகுளியாகவும் செயல்படுகின்றன. Ni மற்றும் NiO ஆகியவற்றைக் கொண்டுள்ள நுண்துளைகளையுடைய கிராஃபைட் மின்முனையானது வினையுறா மின்முனையாக செயல்படுகிறது.

ஹைட்ரஜன் மற்றும் ஆக்ஸிஜன் வாயுக்கள் முறையே நேர்மின்முனை மற்றும் எதிர்மின்முனைகளில் குமிழிகளாக செலுத்தப்படுகின்றன.

நேர்மின்முனையில் ஆக்ஸிஜனேற்றம் நிகழ்கிறது: 

2H2(g) + 4 OH- (aq) → 4 H2O (Ɩ) + 4e- 

எதிர்மின்முனையில் ஒடுக்கம் நிகழ்கிறது O2(g) + 2 H2O (l) + 4e- 4 OH- (aq) 

ஒட்டுமொத்த வினை  2H2 (g) + O2 (g) → 2H2O (l) 

மேற்கண்ட வினையானது ஹைட்ரஜனின் எரிதல் வினையை ஒத்துள்ளது. எனினும், அவை நேரடியாக வினைபுரிவதில்லை. அதாவது, ஆக்ஸிஜனேற்றம் மற்றும் ஒடுக்கம் வினைகள் முறையே நேர்மின்முனை மற்றும் எதிர்மின்முனைகளில் தனித்தனியாக நிகழ்கின்றன. H2-O2 எரிபொருள் மின்கலத்தைப் போலவே புரப்பேன் -O2மற்றும் மீத்தேன் -O2, போன்ற எரிபொருள் கலன்களும் உருவாக்கப்பட்டுள்ளன.