အီလက်ထရွန်းနစ်ဆဲလ် ဆိုသည်မှာ ဓာတုတုံ့ပြန်မှုများမှ လျှပ်စစ်စွမ်းအင်ကို ထုတ်ပေးသည့် သို့မဟုတ် လျှပ်စစ်စွမ်းအင်ကို မိတ်ဆက်ခြင်းဖြင့် ဓာတုတုံ့ပြန်မှုကို လွယ်ကူချောမွေ့စေသည့် ကိရိယာတစ်ခုဖြစ်သည်။ အီလက်ထရွန်းနစ်ဆဲလ်များ အဓိက အမျိုးအစား နှစ်မျိုးရှိသည်- ဂယ်ဗန်နစ် (သို့မဟုတ် ဗို့အား) ဆဲလ်များ နှင့် လျှပ်စစ်ဓာတ်ဆဲလ်များ ။
ဂယ်ဗန်နစ်ဆဲလ်တစ်ခုတွင်၊ အလိုအလျောက် ဓာတုတုံ့ပြန်မှုတစ်ခုသည် လျှပ်စစ်စွမ်းအင်ကို ထုတ်လုပ်သည်။ ဤဆဲလ်အမျိုးအစားကို လျှပ်ကူးပစ္စည်းဟုခေါ်သော မတူညီသောသတ္တုနှစ်ခုမှ တည်ဆောက်ထားပြီး ၎င်းတို့ကြားတွင် အိုင်းယွန်းများ ရွေ့လျားနိုင်စေသည့် အီလက်ထရောနစ်ဖြေရှင်းချက်ဖြင့် ချိတ်ဆက်ထားသည်။ သံပုရာသီးတစ်လုံးတွင် ဇင့်တစ်ပိုင်းနှင့် ကြေးနီတစ်ပိုင်းကို သံပုရာသီးတစ်လုံးတွင် ထည့်သွင်းထားသည့် သံ ပရို ဂယ်ဗန်နစ်ဆဲလ်၏ ဘုံဥပမာတစ်ခုဖြစ်သည်။ သံပရာသီးတွင်ရှိသော citric acid သည် electrolyte အဖြစ်လုပ်ဆောင်သည်။
ဂယ်ဗာနစ်ဆဲလ်တစ်ခုရှိ ဓာတုတုံ့ပြန်မှုများတွင် ဓာတ်တိုးခြင်းနှင့် လျှော့ချခြင်းလုပ်ငန်းစဉ်များ ပါဝင်ပါသည်။ အောက်ဆီဂျင် (အီလက်ထရွန်ဆုံးရှုံး) သောသတ္တုကို anode ဟုခေါ်ပြီး လျော့နည်းသွားသော (အီလက်ထရွန်များ) ကို cathode ဟုခေါ်သည်။ အလုံးစုံတုံ့ပြန်မှုကို ညီမျှခြင်းဖြင့် ကိုယ်စားပြုနိုင်သည်-
\( \textrm{anode တွင် oxidation တုံ့ပြန်မှု} + \textrm{cathode တွင်တုံ့ပြန်မှုလျှော့ချ} = \textrm{အသားတင်ဆဲလ် တုံ့ပြန်မှု} \)galvanic cells များနှင့်မတူဘဲ၊ electrolytic cells များသည် ဓာတုတုံ့ပြန်မှုစတင်ရန်အတွက် ပြင်ပလျှပ်စစ်အရင်းအမြစ်တစ်ခု လိုအပ်ပါသည်။ ဤဆဲလ်များကို electroplating နှင့် ရေ electrolysis ကဲ့သို့သော လုပ်ငန်းစဉ်များအတွက် အသုံးပြုပါသည်။ electrolytic cell တစ်ခုတွင်၊ anode သည် oxidation ဖြစ်ပေါ်လာသည့် electrode ဖြစ်ပြီး၊ cathode သည် လျော့ပါးသွားသော galvanic cell နှင့် ဆင်တူသည်။ သို့သော် အဓိက ကွာခြားချက်မှာ လျှပ်စစ်စီးကြောင်း၏ ဦးတည်ချက်တွင် ဖြစ်သည်။
အီလက်ထရွန်းနစ်ဆဲလ်ကို သရုပ်ပြသည့် ရိုးရှင်းသော စမ်းသပ်ချက်မှာ ရေဓာတ်ကို လျှပ်ကူးခြင်း ဖြစ်သည်။ အီလက်ထရွန်း (ဆားကဲ့သို့) ရောစပ်ထားသော ရေတွင် ပြင်ပလျှပ်စီးကြောင်းကို အသုံးချခြင်းဖြင့်၊ ရေမော်လီကျူးများသည် ဟိုက်ဒရိုဂျင်နှင့် အောက်ဆီဂျင်ဓာတ်ငွေ့များအဖြစ်သို့ ပြိုကွဲသွားသည်-
\( 2H_2O(l) \rightarrow 2H_2(g) + O_2(g) \)ဤတုံ့ပြန်မှုသည် အလိုအလျောက်မဟုတ်သော ဓာတုတုံ့ပြန်မှုကို မောင်းနှင်ရန်အတွက် လျှပ်စစ်အားအသုံးပြုသည့် လျှပ်စစ်ဓာတ်ခွဲခြင်း၏ အခြေခံလုပ်ငန်းစဉ်ကို သရုပ်ဖော်သည်။
လျှပ်စစ်ဓာတုဆဲလ်တစ်ခု၏ အခြေခံအစိတ်အပိုင်းများ ပါဝင်သည်။
စံလျှပ်ကူးပစ္စည်းအလားအလာများ (E°) ကို စံအခြေအနေများ (298 K၊ 1M အာရုံစူးစိုက်မှုနှင့် 1 atm ဖိအား) တွင် redox တုံ့ပြန်မှု၏ ဦးတည်ချက်ကို ခန့်မှန်းရန် တိုင်းတာသည်။ E° ၏တန်ဖိုးမြင့်မားလေ၊ မျိုးစိတ်တစ်ခု၏ သဘောထားမှာ အီလက်ထရွန်ရရှိရန်နှင့် လျော့နည်းသွားလေဖြစ်သည်။ ဆဲလ်တစ်ခုအတွက် စံလျှပ်ကူးပစ္စည်း ဖြစ်နိုင်ချေကို ဖော်မြူလာဖြင့် တွက်ချက်သည်-
\( E^\textrm{ဆဲလ်}_{\textrm{စံ}} = E^\textrm{cathode}_{\textrm{စံ}} - E^\textrm{anode}_{\textrm{စံ}} \)ဤညီမျှခြင်းသည် ဆဲလ်တစ်ခုလုံး၏ လျှပ်စစ်စွမ်းအားကို ထုတ်လွှတ်နိုင်စွမ်းကို ညွှန်ပြသော ဆဲလ်တစ်ခုလုံး၏ လျှပ်ကူးပစ္စည်းအလားအလာကို ဆုံးဖြတ်ရန် ကူညီပေးသည်။
Nernst equation သည် စံမဟုတ်သော အခြေအနေများအောက်တွင် လျှပ်စစ်ဓာတုဆဲလ်တစ်ခု၏ electrode အလားအလာကို တွက်ချက်ရန် နည်းလမ်းတစ်ခု ပံ့ပိုးပေးပါသည်။ မတူညီသောအပူချိန်တွင် အိုင်းယွန်းများ၏ အာရုံစူးစိုက်မှုကို ထည့်သွင်းစဉ်းစားသည်။ ညီမျှခြင်းအား ပေးသည်-
\( E = E^\textrm{ံ} - \frac{RT}{nF} \ln Q \)\(E\) သည် စံမဟုတ်သော အခြေအနေများတွင် လျှပ်ကူးပစ္စည်း ဖြစ်နိုင်ချေရှိရာ၊ \(E^\textrm{ံ}\) သည် စံလျှပ်ကူးပစ္စည်း ဖြစ်နိုင်ချေဖြစ်သည်၊ \(R\) သည် universal gas constant (8.314 J/(mol·K) ဖြစ်သည်။ )), \(T\) သည် Kelvin ရှိ အပူချိန်၊ \(n\) သည် တုံ့ပြန်မှုတွင် လွှဲပြောင်းပေးသော အီလက်ထရွန်၏ မိုလီအရေအတွက်ဖြစ်ပြီး \(F\) သည် Faraday constant (96485 C/mol) နှင့် \(Q\) သည် ဓာတ်ပြုပစ္စည်းနှင့် ထုတ်ကုန်များ၏ ပြင်းအားကို တိုင်းတာသည့် တုံ့ပြန်မှုပမာဏဖြစ်သည်။
စံအခြေအနေများအောက်တွင် လုပ်ဆောင်နေသော ဂယ်ဗန်နစ်ဆဲလ်တစ်ခုအတွက် ကွဲပြားသောပြင်းအားအတွက်၊ Nernst ညီမျှခြင်းသည် ကျွန်ုပ်တို့အား ဆဲလ်များ၏အလားအလာ အာရုံစူးစိုက်မှုနှင့်အတူ ကွဲပြားပုံကို တွက်ချက်နိုင်စေပါသည်။ ဥပမာအားဖြင့်၊ ဇင့်-ကြေးနီဂလက်ဗင်နစ်ဆဲလ်တစ်ခုတွင် \(Zn^{2+}\) သို့မဟုတ် \(Cu^{2+}\) အိုင်းယွန်းများ၏ အာရုံစူးစိုက်မှုကို ပြောင်းလဲခြင်းဖြင့် Nernst ညီမျှခြင်းအရ ဆဲလ်အလားအလာကို ပြောင်းလဲလိမ့်မည်။
အီလက်ထရွန်းနစ်ဆဲလ်များ အပါအဝင် အသုံးချပရိုဂရမ် အများအပြား ရှိသည်။
အီလက်ထရွန်းနစ် ဓာတုဆဲလ်များသည် ဓာတုဗေဒနှင့် ရူပဗေဒ၏ လက်တွေ့ကျသော သီအိုရီပိုင်း နှစ်ခုစလုံးတွင် အခြေခံကျသည်။ ဓာတုနှင့်လျှပ်စစ်စွမ်းအင်ကို အပြန်အလှန်ကူးပြောင်းနိုင်စွမ်းအားဖြင့် ၎င်းတို့သည် ကျွန်ုပ်တို့၏နေ့စဉ်ဘဝနှင့် စက်မှုလုပ်ငန်းများတွင် အခန်းကဏ္ဍများစွာကို ထမ်းဆောင်လျက်ရှိသည်။ redox တုံ့ပြန်မှုများ၊ ဆဲလ်များ၏အလားအလာနှင့် ဆဲလ်စွမ်းဆောင်ရည်အပေါ် အာရုံစူးစိုက်မှုနှင့် အပူချိန်သက်ရောက်မှုများကဲ့သို့သော လျှပ်စစ်ဓာတုဆဲလ်များ၏ အခြေခံမူများကို နားလည်ခြင်းက ကျွန်ုပ်တို့အား ရည်ရွယ်ချက်အမျိုးမျိုးအတွက် ၎င်းတို့၏စွမ်းရည်များကို စုစည်းပြီး အကောင်းဆုံးဖြစ်အောင် လုပ်ဆောင်နိုင်စေပါသည်။ သယ်ဆောင်ရလွယ်ကူသော အီလက်ထရွန်းနစ်ပစ္စည်းများအား စွမ်းအင်ထုတ်ခြင်းမှသည် ကြီးမားသောကုန်ထုတ်လုပ်မှုလုပ်ငန်းစဉ်များအထိ လွယ်ကူချောမွေ့စေရန်၊ လျှပ်စစ်ဓာတုဆဲလ်များ၏ အသုံးချမှုများသည် နည်းပညာတိုးတက်ရေးနှင့် လူနေမှုဘဝတိုးတက်ရေးတွင် ၎င်းတို့၏ အရေးပါမှုကို ထင်ရှားစေသည်။
လျှပ်စစ်ဓာတုဆဲလ်များကို လေ့လာခြင်းသည် လျှပ်စစ်ဓာတုဗေဒဆိုင်ရာ ကျယ်ပြန့်သော နယ်ပယ်သို့ ဆွဲဆောင်မှုရှိသော ထိုးထွင်းသိမြင်မှုကို ပေးစွမ်းနိုင်ပြီး လျှပ်စစ်ဖြစ်စဉ်များအပေါ် ဓာတုတုံ့ပြန်မှုများ၏ လေးနက်သော အကျိုးသက်ရောက်မှုကို သရုပ်ဖော်သည်။ ဤနယ်ပယ်တွင် သုတေသနများ ဆက်လက်လုပ်ဆောင်နေသကဲ့သို့၊ ရေရှည်တည်တံ့သော စွမ်းအင်ဖြေရှင်းချက်များနှင့် နည်းပညာအသစ်များကို ပံ့ပိုးပေးသည့် လျှပ်စစ်ဓာတုဗေဒအခြေခံမူများကို လွှမ်းမိုးသည့် နောက်ထပ်တီထွင်ဆန်းသစ်မှုများနှင့် အသုံးချပရိုဂရမ်များကို ကျွန်ုပ်တို့ မြင်တွေ့နိုင်မည်ဟု မျှော်လင့်နိုင်ပါသည်။
နိဂုံးချုပ်အားဖြင့်၊ ကျွန်ုပ်တို့သည် မရှိမဖြစ်လိုအပ်သော ဓာတုဖြစ်စဉ်များကို လွယ်ကူချောမွေ့စေသည့် သယ်ဆောင်ရလွယ်ကူသော ပါဝါ သို့မဟုတ် လျှပ်စစ်ဆဲလ်များကို ပံ့ပိုးပေးသည့် ဂလက်ဗန်နစ်ဆဲလ်များကို ဆွေးနွေးနေသည်ဖြစ်စေ၊ လျှပ်စစ်ဓာတုဆဲလ်များ၏ အခြေခံသဘောတရားများနှင့် အသုံးချမှုများသည် ခေတ်သစ်သိပ္ပံနှင့်နည်းပညာ၏ အဓိကအစိတ်အပိုင်းတစ်ခုဖြစ်သည်။ စဉ်ဆက်မပြတ် တိုးတက်မှုများနှင့် သုတေသနပြုမှုများနှင့်အတူ၊ ဤနယ်ပယ်တွင် ရှာဖွေတွေ့ရှိမှုများနှင့် အသုံးချမှုအသစ်များအတွက် အလားအလာသည် ကြီးမားနေဆဲဖြစ်ပြီး အနာဂတ်အတွက် စိတ်လှုပ်ရှားဖွယ်ကောင်းသော တိုးတက်မှုများကို ကတိပေးထားသည်။
