1.  การทำอิเล็กโทรไดอะลิซิสน้ำทะเล

อิเล็กโทรไดอะลิซิสเป็นเซลล์อิเล็กโทรไลต์ที่ใช้แยกไอออนออกจากสารละลายโดยให้ไอออนเคลื่อนที่ผ่านเยื่อบางๆ  ไปยังขั้วไฟฟ้าที่มีประจุตรงกันข้ามซึ่งอยู่ริมทั้งสองด้านทำให้สารละลายส่วนกลางมีความเข้มข้นไอออนลดลงจึงนำหลักการนี้ไปแยกไอออนของโซเดียมและคลอไรด์ไอออนออกจากน้ำทะเลเพื่อผลิตน้ำจืดจากทะเลได้
 2.  เซลล์เชื้อเพลิง (fuel cell)

อีกวิธีหนึ่งที่ใช้เปลี่ยนพลังงานเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้าได้แก่ เซลล์เชื้อเพลิง ซึ่งมีได้หลายแบบ ขึ้นกับว่าจะใช้สารอะไรเป็นเชื้อเพลิง เช่น ออกซิเจน(จากอากาศ) และน้ำมันเชื้อเพลิง (fossil fuel) หรือไฮโดรเจนและไฮดราซีน (hydrazine,N2H4) แต่เชื้อเพลิงที่ใช้กันมากได้แก่ H2 และ O2 ซึ่งใช้กันในยานอวกาศ เพราะเชื้อเพลิงที่ใช้ยิงจรวดเป็นเชื้อเพลิงชนิดเดียวกัน เซลล์เชื้อเพลิงH2 - O2 แสดงในรูป ซึ่งแบ่งได้เป็นสามห้อง คือห้องทางซ้ายเป็นทางเข้าของ H2 และห้องทางขวาซึ่งเป็นทางเข้าของO2 และห้องที่มีตำแหน่งอยู่กลางบรรจุอิเล็กโตรไลต์ซึ่งเป็นสารละลายเบส ห้องทั้งสามแยกออกจากกันด้วยขั้วไฟฟ้าที่มีลักษณะพรุน (porous electrode) ที่ทำด้วยวัตถุตัวนำ เช่น คาร์บอนผสมด้วยแพลตินัมเล็กน้อย เพื่อทำหน้าที่เป็นตัวเร่ง เมื่อป้อน H2 และ O2 เข้าทางห้องทางซ้ายและทางขวาพร้อมกัน แก๊สทั้งสองจะแพร่ผ่านไปยังขั้วไฟฟ้า และทำปฏิกิริยากับอิเล็กโตรไลต์ในห้องกลาง ออกซิเจนถูกรีดิวซ์ที่คาโทดเกิดเป็น OH- ดังนี้

คาโทด O2(g)+2H2O(I)+4e- ------------------>4OH-(aq)


อิออน OH-จะซึมผ่านไปยังแอโนด และทำปฏิกิริยากับ H2 ดังนี้

     H2(g)+2OH-(aq)------------------>2H2O(I)+2e-
ปฏิกิริยาสุทธิของเซลล์คือ การเปลี่ยน H2 (g)และ O2(g) เป็นน้ำนั่นเอง

     2H2(g)+O2(g) ------------------> 2H2O(I)

โดยปกติจะใช้อุณหภูมิสูงพอ เพื่อน้ำที่ได้สามารถระเหยออกจากเซลล์ และควบแน่นเป็นน้ำดื่มสำหรับมนุษย์อวกาศ ถ้านำเชื้อเพลิงหลายๆเซลล์มาต่อเข้าด้วยกัน จะสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้หลายๆกิโลวัตต์ เซลล์เชื้อเพลิงมีข้อดีหลายประการเมื่อเปรียบเทียบกับเซลล์แห้งหรือเซลล์สะสมตะกั่ว เช่นสามารถป้อนเชื้อเพลิงตลอดเวลา    จึงได้เกิดพลังงานขึ้นอย่างไม่มีที่สิ้นสุดและมีประสิทธิภาพสูงกว่า   นอกจากนี้แล้ว เซลล์เชื้อเพลิงสามารถเปลี่ยนพลังงานเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้าได้โดยตรง โดยไม่มีผลิตผลพลอยได้ที่ไม่พึงปรารถนาอย่างอื่น    (การผลิตกระแสไฟฟ้าที่ใช้กันในปัจจุบันทั่วไปต้องใช้เชื้อเพลิงในการต้มน้ำให้ได้ไอเพื่อนำไปหมุนกังหันที่ต่อ) และยังมีประสิทธิภาพสูงกว่า (เซลล์เชื้อเพลิงอาจมีประสิทธิภาพมากกว่า 80% เปรียบเทียบกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหันไอน้ำ ซึ่งทั่วไปสูงเพียงประมาณ 40% เท่านั้น)เซลล์เชื้อเพลิงจึงอาจเป็นแหล่งพลังงานที่สำคัญในอนาคต

การชุบ

     หลักการทั่วไปสำหรับการชุบโลหะด้วยไฟฟ้า

1.ใช้โลหะที่จะชุบเป็นแคโทด

2.จะชุบด้วยโลหะใดใช้โลหะนั้นเป็นแอโนด

3.สารละลายอิเล็กโทรไลต์  ต้องมีไอออนของโลหะที่เป็นแอโนด

4.ใช้ไฟฟ้ากระแสตรง  และควบคุมศักดิ์ไฟฟ้าของเซลล์ให้เหมาะสม

การทำโลหะให้บริสุทธิ์

     การทำโลหะให้บริสุทธิ์ด้วยกระบวนการอิเล็กโทรลิซิส  ใช้หลักการเดียวกับกับการชุบด้วยไฟฟ้า  โดยใช้โลหะที่บริสุทธิ์เป็นแคโทด  โลหะที่ไม่บริสุทธิ์เป็นแอโนด และใช้สารละลายที่มีไอออนของโลหะดังกล่าวเป็นอิเล็กโทรไลต์  เช่นการทำทองแดงให้บริสุทธิ์

             โดยทั่วๆไปจะได้ทองแดงจากการถลุงแร่  ซึ่งจะมีความบริสุทธิ์ไม่เกิน  99%  ที่เหลือจะเป็นพวกสิ่งเจือปนต่าง ๆ  เช่น Fe  Ag  Au  Pt  และ Zn  ถ้าใช้กระบวนการอิเล็กโทรลิซิสเข้าช่วย  จะได้ทองแดงที่มีความบริสุทธิ์ถึง  99.95% 

ารผุกร่อนของโลหะและการป้องกัน
              การผุกร่อนของโลหะที่พบบ่อยในชีวิตประจำวันได้แก่ เหล็กเป็นสนิม (สนิมเหล็กเป็นออกไซด์ของเหล็ก Fe2O3.xH2O) ซึ่งเกิดจากสาเหตุหลายประการ ตัวอย่างเช่น การที่อะตอมของโลหะที่ถูกออกซิไดส์แล้วรวมตัวกับออกซิเจนในอากาศเกิดเป็นออกไซด์ของโลหะนั้น เช่น สนิมเหล็ก(Fe2O3) สนิมทองแดง (CuO) หรือสนิมอลูมิเนียม(Al2O3) การเกิดสนิมมีกระบวนการซับซ้อนมากและมีลักษณะเฉพาะตัวดังนี้

     1. การผุกร่อนของโลหะ  คือปฏิกิริยาเคมีที่เกิดระหว่างโลหะกับภาวะแวดล้อม
     2.
ภาวะแวดล้อมที่ทำให้ผุกร่อน   คือ ความชื้น และออกซิเจน(H2O, O2) หรือ H2O กับอากาศ

     3.
ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดในการผุกร่อน เป็นปฏิกิริยารีดอกซ์

3.1
โลหะที่เกิดปฏิกิริยา Oxidation (ให้อิเล็กตรอน)

3.2 ภาวะแวดล้อมเป็นฝ่ายรับอิเล็กตรอน เกิดปฏิกิริยา Reduction

     4. สมการแสดงปฏิกิริยาการผุกร่อน (เกิดจากการทดลอง)

         โลหะ + ภาวะแวดล้อม -----> Ion ของโลหะ + เบส

         Fe (s) + H2O (l) + O2 (g) -----> Fe2+ (aq) + OH- (aq)

Fe2+ ทดสอบโดยใช้สารละลาย K3Fe(CN)6 จะได้สีน้ำเงิน ถ้าสีน้ำเงินเข้ม แสดงว่ามี Fe2+ มาก ถ้าจางมี Fe2+ น้อย

เบส(OH-) ทดสอบโดยสารละลายฟินอล์ฟทาลีน ได้สีชมพู

     5. ในการ Balance สมการ

เมื่อเหล็กสัมผัสกับอากาศและความชื้น อะตอมของเหล็กจะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันดังสมการ

         Fe (s) ------> Fe2+ (aq) + 2e ……………………………..(1) (Oxidation)

น้ำและออกซิเจนรับอิเล็กตรอนจากเหล็ก ดังสมการ

         2H2O (l) + O2 (g) + 4e ------> 4OH- (aq) …………………..(2) (Reduction)

(1) * 2 + (2) ; 2Fe + 2H2O + O2 -------> 2Fe2+ + 4OH- (Redox)

2. เซลล์ทุติยภูมิSecondary Galvanic Cell

เป็นเซลล์ที่สารซึ่งเป็นส่วนประกอบของเซลล์สามารถทำกลับให้อยู่ในสภาพเดิมได้อีกโดยให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านในทิศทางตรงกันข้ามกับการจ่ายไฟ (Discharge) วิธีการนี้เป็นการให้ประจุใหม่แก่เซลล์ เซลล์ชนิดนี้ได้แก่ แบตเตอรี่ตะกั่ว และแบตเตอรี่แบบเอดิสันเป็นต้น
2.1 แบตเตอรี่สะสมไฟฟ้าแบบตะกั่ว (lead storage battery)

          แบตเตอรี่สะสมไฟฟ้าแบบตะกั่วจะ ประกอบด้วยอิเล็กโตรสองอันซึ่งเป็นแผ่นตะกั่ว และแผ่นเลด(IV) ออกไซด์ มีกรดซัลฟุริกเจือจางเป็นอิเล็กโตรไลต์ เมื่อมีการจ่ายไฟฟ้า แผ่นตะกั่วจะถูกออกซิไดส์เป็นเลด (II) ไอออน และทำหน้าที่เป็นขั้วลบ ดังรูป 2

Pb(s) --------->Pb2+(aq) + 2e-

เลด(II) ไอออนจะรวมตัวกับชัลเฟตไอออนเป็นเลด(II) ซัลเฟต
         Pb2+(aq) + SO2-4(aq)------->PbSO4(s)   รูปที่2  ส่วนประกอบของแบตเตอรี่สะสมไฟฟ้าแบบตะกั่ว
เมื่อรวมสมการทั้งสองเข้าด้วยกัน ก็จะเป็นปฏิกิริยาครึ่งเซลล์ที่มีการเกิดออกซิเดชัน

Pb(s) + SO2-4(aq) ------------>PbSO4(s) +2e-

อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่จากขั้วลบตามเส้นลวดไปยังอิเล็กโตรดอีกอันหนึ่งที่เป็นเลด(IV) ออกไซด์ ซึ่งมีไฮโดรเจนไอออนจากอิเล็กโตรไลต์และจะถูกรีดิวซืดังสมการ

PbO2(s) +4H+(aq) +2e---------->Pb2+(aq) + 2H2O

และ Pb2+ จะรวมตัวกับ SO2-4 ที่มีในสารละลาย

Pb2+(aq) + SO2-4(aq)------------>PbSO4 (s)

ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นที่เลด (IV) ออกไซด์จึงเป็นปฏิกิริยาครึ่งเซลล์ที่มีการเกิดรีดักชัน
               PbO2(s) + 4H+(aq) + SO2-4(aq) + 2e- ------------>PbSO4(s) + 2H2O

การจ่ายไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจากทั้งสองอิเล็กโตรดอาจสรุปได้ดังนี้
                             ขั้วลบ   :   Pb(s) + SO2-4(aq)-------->PbSO4(s) + 2e-

                             ขั้วบวก  :  PbO2(s) + 4H+(aq) + SO2-4(aq) + 2e------------>PbSO4(s) + 2H2O

          ปฏิกิริยาสุทธิ   :  Pb(s) + PbO2(s) + 4H+(aq) + 2SO2-4(aq)----->2PbSO4(s) +2H2O

ปฏิกิริยาของเชลล์ข้างบนเป็นแบบผันกลับได้ เพราะฉะนั้นถ้าต้องการให้ผันกลับก็จำเป็นจะต้องมีการอัดไฟฟ้า โดยการต่อขั้วบวกของเซลล์กับขั้วบวกของเครื่องอัดไฟฟ้าและขั้วลบกับขั้วลบของเครื่องอัดไฟฟ้า ปฏิกิริยาสุทธิข้างบนก็จะเปลี่ยนทิศทางเป็นจากขวาไปซ้าย ในลักษณะนี้เลด(II) ซัลเฟตที่ขั้วลบก็จะเปลี่ยนเป็นตะกั่ว ส่วนอีกขั้วหนึ่ง เลด(II) ซัลเฟตจะเปลี่ยนเป็นเลด (IV) ออกไซด์   ตามปฏิกิริยาของแบตเตอรี่สะสมแบบตะกั่วจะเห็นว่าในขณะที่มีการจ่ายไฟฟ้า ความเข้มข้นของกรดจะลดลงเรื่อยๆ ตามปกติตอนที่มีศักย์ ไฟฟ้าเต็มที่จะมีความถ่วงจำเพาะ ประมาณ 1.25 ถึง 1.30 แล้วแต่อุณหภูมิในขณะนั้นๆ ถ้าหากเมื่อใดมีความถ่วงจำเพาะต่ำกว่า 1.20 ที่อุณหภูมิของห้องก็ควรจะมีการอัดไฟฟ้าได้ แต่ละเซลล์ของแบตเตอรี่จะมีศักย์ไฟฟ้าประมาณ 2 โวลต์ เพราะฉะนั้นถ้ารถยนต์ใช้แบตเตอรี่ 12 โวลต์ก็จะต้องประกอบด้วย 6 เซลล์

 

2.2 แบตเตอรี่สะสมไฟฟ้าแบบเอดิสัน (Edison storage battery)

 

แบตเตอรี่แบบนี้ประกอบแผ่นเหล็กกล้า บรรจุผงเหล็กละเอียดส่วนนี้ทำหน้าที่เป็นขั้วลบ สำหรับขั้วบวกเป็นแผ่นเหล็กกล้าบรรจุด้วยนิเกิล(IV) ออกไซด์ไฮเดรต ส่วนอิเล็กโตรไลต์เป็นสารละลายที่มีโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ 21% ผสมลิเที่ยมไฮดรอกไซด์เล็กน้อย เมื่อมีการจ่ายไฟฟ้า ปฏิกิริยาครึ่งเซลล์เกิดขึ้นดังนี้
                  ขั้วลบ   :  Fe(s) + 2OH-(aq) ----------->Fe(OH)2(s) + 2e-
                   ขั้วบวก : NiO2(s) + 2H2O + 2e- ---------->Ni(OH)2(s) + 2OH-(aq)
                 ปฏิกิริยาสุทธิ  :   Fe(s) + NiO2(s) + 2H2O----------->Fe(OH)2(s) + Ni(OH)2(S)

                เมื่อมีการอัดไฟฟ้า ปฏิกิริยาจะเปลี่ยนทิศทางจากขวาไปซ้าย ศักย์ไฟฟ้าของแต่ละเซลล์ของแบตเตอรี่แบบเอดิสัน มีค่า

ประมาณ 1.4 โวลต์

               ถ้าใช้ผงแคดเมียมมาแทนผงเหล็กจะเป็นแบตเตอรี่สะสมไฟฟ้าแบบนิกเกิล-แคดเมียม ซึ่งมีศักย์ไฟฟ้าประมาณ 1.3 โวลต์ และมีปฏิกิริยาครึ่งเซลล์ พอสรุปได้ดังนี้
                     ขั้วลบ   :      Cd(s) + 2OH-(aq) ----------->Cd(OH)2(s) + 2e-
                    ขั้วบวก:       NiO2(s) + 2H2O + 2e- ----------->Ni(OH)2(s) + 2OH-(aq)
              ปฏิกิริยาสุทธิ  : Cd(s) + NiO2(s) + 2H2O ---------->Cd(OH)2(s) + Ni(OH)2(s)

แบตเตอรี่ทั้งสองแบบที่กล่าวถึงในหัวข้อที่ 2. มีข้อดีคือ สามารถเก็บไว้นานๆได้โดยไม่เสื่อมคุณภาพ ให้ศักย์ไฟฟ้าค่อนข้างคงที่ ใช้กับอุปกรณ์วัดแสงในการถ่ายรูป เครื่องคิดเลข และอื่นๆ