🔋 પ્રાયમરી સેલ્સ અને સેકન્ડરી સેલ્સ (Primary Cells and Secondary Cells)

Power – Related Theory for Exercise 1.6.57 Electrician – Cells and Batteries

🎯 આ પાઠના હેતુઓ (Objectives):

આ લેસનના અંતે તમે નીચેની બાબતો સમજી શકશો:

• ઇલેક્ટ્રિક કરંટની કેમિકલ અસર (Chemical effect) જણાવી શકશો.
• ઇલેક્ટ્રોલિસિસના નિયમો (Laws of electrolysis) જણાવી શકશો.
• ઇલેક્ટ્રોપ્લેટિંગના મૂળભૂત સિદ્ધાંતો (Basic principles of electroplating) સમજાવી શકશો.
• પ્રાયમરી સેલ્સ (Primary cells) નો સિદ્ધાંત અને રચના જણાવી શકશો.
• સેકન્ડરી સેલ્સ (Secondary cells – lead acid, nickel iron અને nickel cadmium) નો સિદ્ધાંત અને રચના જણાવી શકશો.
• પ્રાયમરી સેલ્સ અને સેકન્ડરી સેલ્સ વચ્ચેની સરખામણી (Compare) કરી શકશો.

🧪 ઇલેક્ટ્રિક કરંટની કેમિકલ અસરો (Chemical effects of electric current)

“કેટલાક એવા પ્રવાહી (liquids) હોય છે જેમાં જ્યારે ઇલેક્ટ્રિક કરંટ (electric current) પસાર થાય છે, ત્યારે તેની સાથે રાસાયણિક ફેરફારો (chemical changes) થાય છે.” આ અસરને ઇલેક્ટ્રિક કરંટની કેમિકલ ઇફેક્ટ (Chemical effect) તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. ⚗️

ઇલેક્ટ્રિક કરંટની કેમિકલ અસરના ઉપયોગો આપણા રોજિંદા જીવનમાં જોવા મળે છે; દા.ત., ધાતુની વસ્તુઓ પર નિકલ અથવા કોપરનું પ્લેટિંગ (nickel or copper plating), સેલ દ્વારા E.M.F નું ઉત્પાદન વગેરે. જો બેટરીના પોઝિટિવ (+) અને નેગેટિવ (-) ટર્મિનલમાંથી નીકળતા બે છેડાઓને મીઠાવાળા પાણીમાં (salted water) ડુબાડવામાં આવે, તો છેડાઓ પર પરપોટા (bubbles) થતા જોઈ શકાય છે; આ બધું ઇલેક્ટ્રિક કરંટની કેમિકલ અસરને કારણે થાય છે.

💧 ઇલેક્ટ્રોલિસિસ (Electrolysis)

પ્રવાહી અથવા દ્રાવણ (solution) માંથી ઇલેક્ટ્રિક કરંટ પસાર થવાને કારણે થતા રાસાયણિક ફેરફારોની પ્રક્રિયાને ઇલેક્ટ્રોલિસિસ (Electrolysis) કહેવામાં આવે છે.

🧪 ઇલેક્ટ્રોલાઇટ (Electrolyte)

“જે પ્રવાહી અથવા દ્રાવણમાં ઇલેક્ટ્રિક કરંટ પસાર થવાને કારણે રાસાયણિક ફેરફાર થાય છે, તેને ઇલેક્ટ્રોલાઇટ (Electrolyte) કહેવામાં આવે છે”; દા.ત., મીઠાવાળું પાણી, એસિડિક અથવા બેઝિક દ્રાવણ વગેરે.

🔌 ઇલેક્ટ્રોડ્સ – એનોડ અને કેથોડ (Electrodes – Anode and Cathode)

“પ્રવાહીમાં કરંટ પસાર કરવા માટે જે બે કન્ડક્ટર પ્લેટ્સ (conductor plates) ડુબાડવામાં આવે છે, તેને ઇલેક્ટ્રોડ્સ (electrodes) તરીકે ઓળખવામાં આવે છે”. જે ઇલેક્ટ્રોડ દ્વારા કરંટ પ્રવાહીમાં દાખલ થાય છે, તેને પોઝિટિવ ઇલેક્ટ્રોડ અથવા એનોડ (Anode) કહેવામાં આવે છે, જ્યારે જે ઇલેક્ટ્રોડ દ્વારા કરંટ પ્રવાહી (electrolyte) માંથી બહાર નીકળે છે, તેને નેગેટિવ ઇલેક્ટ્રોડ અથવા કેથોડ (Cathode) કહેવામાં આવે છે. ⚡

⚛️ આયનો (Ions)

ઇલેક્ટ્રોલિસિસ દરમિયાન, ઇલેક્ટ્રોલાઇટના અણુઓ (molecules) તેમના ઘટકોમાં વિભાજિત થાય છે જેને આયનો (ions) કહેવામાં આવે છે. જ્યારે બે ઇલેક્ટ્રોડ પર p.d. (Potential Difference) લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે પોઝિટિવ ચાર્જ ધરાવતા આયનો (cat ions) કેથોડ તરફ જાય છે અને નેગેટિવ ચાર્જ ધરાવતા આયનો (an ions) એનોડ તરફ જાય છે. કોઈપણ ઇલેક્ટ્રોડ પર પહોંચ્યા પછી, આયન તેનો ચાર્જ છોડી દે છે અને આયન રહેતો નથી. પરમાણુઓને આયનોમાં રૂપાંતરિત કરવાની પ્રક્રિયાને આયોનાઇઝેશન (Ionization) કહેવામાં આવે છે.

⚖️ ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ ઇક્વિવેલેન્ટ (Electrochemical equivalent – ECE)

એક કુલંબ (one coulomb) વીજળી દ્વારા ઇલેક્ટ્રોલિસિસ દરમિયાન મુક્ત થયેલા અથવા જમા થયેલા પદાર્થના જથ્થાને (mass) તે પદાર્થનો ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ ઇક્વિવેલેન્ટ (ECE) કહેવામાં આવે છે.

• સિલ્વર (Silver) નો ECE 1.1182 milligram/coulomb છે.

⏱️ કુલંબ (Coulomb)

કુલંબ (C) એ ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ (Q) અથવા વીજળીના જથ્થાનો (quantity of electricity) એકમ છે. કુલંબ એ એમ્પીયર (ampere) માં કરંટ અને સેકન્ડ (seconds) માં સમયનો ગુણાકાર છે.

📏 ફેરાડેના ઇલેક્ટ્રોલિસિસના નિયમો (Faraday’s Law of Electrolysis)

1. પ્રથમ નિયમ (First law): ઇલેક્ટ્રોલિસિસ દરમિયાન કોઈપણ ઇલેક્ટ્રોડ પર મુક્ત થયેલા અથવા જમા થયેલા પદાર્થનો જથ્થો (mass), ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાંથી પસાર થયેલી વીજળીના જથ્થાના પ્રમાણમાં (proportional) હોય છે. જો ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાંથી વધુ કરંટ પસાર કરવામાં આવે અથવા વધુ સમય માટે કરંટ પસાર કરવામાં આવે, તો ઇલેક્ટ્રોડ પર વધુ પદાર્થ જમા થશે.

જો જમા થયેલ જથ્થો m હોય તો:

$$m \propto I$$ $$m \propto t$$ —–(i) $$m \propto I \cdot t$$ —–(ii) $$m = Z \cdot I \cdot t$$

જ્યાં, $$I$$ = કરંટ, એમ્પીયર (amperes) માં $$t$$ = સમય, સેકન્ડ (seconds) માં $$m$$ = મુક્ત થયેલા પદાર્થનો જથ્થો, ગ્રામ (grams) માં $$Z$$ = અચળાંક (constant)

અહીં, અચળાંક $$Z$$ ને ઇલેક્ટ્રો-કેમિકલ ઇક્વિવેલેન્ટ (ECE) તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.

2. બીજો નિયમ (Second Law): “જ્યારે વીજળીનો સમાન જથ્થો વિવિધ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સમાંથી પસાર કરવામાં આવે છે, ત્યારે વિવિધ ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર મુક્ત થતા તત્વોનો જથ્થો તેમના ઇલેક્ટ્રો-કેમિકલ ઇક્વિવેલેન્ટ્સ (ECE) ના પ્રમાણમાં હોય છે.” $$Mass \propto E.C.E$$ $$M \propto Z$$

જ્યાં $$Z$$ = ઇલેક્ટ્રો-કેમિકલ ઇક્વિવેલેન્ટ.

ફેરાડેના ઇલેક્ટ્રોલિસિસના નિયમો મુજબ: $$m = Z \cdot I \cdot t$$

જ્યાં, $$m$$ = ગ્રામમાં મુક્ત થયેલા પદાર્થનો જથ્થો $$z$$ = ગ્રામમાં પદાર્થનો ઇલેક્ટ્રો કેમિકલ ઇક્વિવેલેન્ટ (ECE)

• I = કરંટ એમ્પીયરમાં (Current in amperes) ⚡
• t = સમય સેકન્ડમાં (Time in seconds) ⏱️

નોંધ (Note): જમા થયેલ જથ્થો (Mass deposited) m = કદ (Volume) x ઘનતા (Density)

🧪 રાસાયણિક સૂત્રો (Chemical Formulas)

1. ઇક્વિવેલન્ટ વેઇટ (Equivalent weight): $$\text{Equivalent weight} = \frac{\text{Atomic weight (એટોમિક વેઇટ)}}{\text{Valency (વેલેન્સી)}}$$

2. નિકલનું E.C.E. શોધવાનું સૂત્ર: $$\text{E.C.E. of nickel} = \frac{\text{Equivalent wt. of nickel}}{\text{Equivalent wt. of silver}} \times \text{E.C.E. of silver}$$

📊 તત્વોના ઇલેક્ટ્રો-કેમિકલ ઇક્વિવેલન્ટનું ટેબલ (Table for Electro-Chemical Equivalents)

| તત્વનું નામ (Name of Element) | એટોમિક વેઇટ (Atomic Weight) | વેલેન્સી (Valency) | ઇલેક્ટ્રો-કેમિકલ ઇક્વિવેલન્ટ (mg/c) | કેમિકલ ઇક્વિવેલન્ટ (g/c) | | :— | :— | :— | :— | :— | | હાઇડ્રોજન (Hydrogen) | 1.008 | 1 | 0.01045 | 1.008 | | એલ્યુમિનિયમ (Aluminium) | 27.1 | 3 | 0.0936 | 9.03 | | કોપર (Copper) | 63.57 | 2 | 0.3293 | 31.78 | | સિલ્વર (Silver) | 107.88 | 1 | 1.118 | 107.88 | | ઝિંક (Zinc) | 65.38 | 2 | 0.3387 | 32.69 | | નિકલ (Nickel) | 58.68 | 2 | 0.304 | 29.34 | | ક્રોમિયમ (Chromium) | 52.0 | 3 | 0.18 | 17.33 | | આયર્ન (Iron) | 55.85 | 2 | 0.2894 | 27.925 | | લેડ (Lead) | 207.21 | 2 | 1.0738 | 103.6 | | મર્ક્યુરી (Mercury) | 200.6 | 1 | 2.0791 | 200.6 | | ગોલ્ડ (Gold) | 197.0 | 1 | 2.0438 | 197 |

નોંધ: mg/c = મિલી-ગ્રામ પ્રતિ કુલંબ (milli-gram per coulomb).

🛠️ ઇલેક્ટ્રોલિસિસના ઉપયોગો (Application of Electrolysis)

ઇલેક્ટ્રોલિસિસના મુખ્ય ઉપયોગો નીચે મુજબ છે:

1. ઇલેક્ટ્રોપ્લેટિંગ (Electroplating)
2. ધાતુઓનું ઇલેક્ટ્રો-રિફાઇનિંગ (Electro-refining of metals)
3. ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટર (Electrolytic capacitor)
4. ઇલેક્ટ્રોટાઇપિંગ (Electrotyping)
5. ધાતુઓનું નિષ્કર્ષણ (Extraction of metals)

✨ ઇલેક્ટ્રોપ્લેટિંગ (Electroplating)

ઇલેક્ટ્રોલિસિસ દ્વારા એક ધાતુની સપાટી પર બીજી ધાતુનું પડ ચઢાવવાની પ્રક્રિયાને ઇલેક્ટ્રોપ્લેટિંગ (Electroplating) કહેવામાં આવે છે. ⛓️

ઇલેક્ટ્રોપ્લેટિંગનો વ્યાપક ઉપયોગ તમામ પ્રકારની વસ્તુઓને આકર્ષક દેખાવ અને ફિનિશિંગ આપવા માટે થાય છે. આ પ્રક્રિયામાં હલકી ગુણવત્તાવાળી ધાતુઓ પર કિંમતી ધાતુઓ (જેમ કે સિલ્વર, નિકલ, ગોલ્ડ, ક્રોમિયમ વગેરે) નું કોટિંગ કરવામાં આવે છે જેથી તે ચમકદાર દેખાય અને સપાટી કાટ-રોધક (rust-proof) બને.

📋 ઇલેક્ટ્રોપ્લેટિંગ માટેની શરતો (Conditions for Electroplating)

કોઈપણ વસ્તુ પર ઇલેક્ટ્રોપ્લેટિંગ કરતા પહેલા નીચેની શરતો પૂરી કરવી આવશ્યક છે:

• i. જે વસ્તુ પર પ્લેટિંગ કરવાનું છે તેની સપાટી રાસાયણિક રીતે સાફ (chemically cleaned) હોવી જોઈએ, એટલે કે તેના પર કોઈ ગંદકી, કાટ અથવા ચીકણી સપાટી હોવી જોઈએ નહીં. 🧼
• ii. જે વસ્તુ પર પ્લેટિંગ કરવાનું છે તેને કેથોડ (cathode) બનાવવો જોઈએ.
• iii. દ્રાવણની સાંદ્રતા (concentration) જાળવી રાખવા માટે એનોડ (anode) તે જ ધાતુનો હોવો જોઈએ જેનું પડ ચઢાવવાનું છે.
• iv. જે ધાતુનું કોટિંગ કરવાનું છે તે ઇલેક્ટ્રોલાઇટ (electrolyte) ના દ્રાવણમાં હોવી જોઈએ.

ઇલેક્ટ્રોલાઇટને લાકડાના રિઇનફોર્સ્ડ સિમેન્ટ કોંક્રિટની ટાંકીમાં રાખવામાં આવે છે જેને “વેટ” (vat) તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. એનોડ અને પ્લેટિંગ કરવાની વસ્તુને વાહક તાર દ્વારા લટકાવવામાં આવે છે જેથી તે દ્રાવણમાં ડૂબી જાય.

📐 ગણતરીના સૂત્રો (Mathematical Formulas)

જો આપણને જમા થયેલ ધાતુનો જથ્થો (mass) અને ECE ખબર હોય, તો પ્લેટિંગ માટેનો સમય નીચેના સૂત્રથી ગણી શકાય:

$$M = ZIt$$

તેથી, સમય (Time) $$t = \frac{M}{IZ}$$

અમે જાણીએ છીએ કે $$M = ZIt$$ —— (1) $$I = \frac{M}{Zt}$$ અને $$Z = \frac{M}{It}$$ (mg / Coulomb)

આપણે જાણીએ છીએ કે કદ (Volume) = ક્ષેત્રફળ (Area) x જાડાઈ (Thickness) —— (2) $$\text{Area} = \frac{\text{Volume}}{\text{Thickness}}$$ અને $$\text{Thickness} = \frac{\text{Volume}}{\text{Area}}$$

જથ્થો (Mass) = કદ (Volume) x ઘનતા (Density) —– (3) $$\text{Volume} = \frac{\text{Mass}}{\text{Density}} \text{ cc}$$ $$\text{Density} = \frac{\text{Mass}}{\text{Volume}} \text{ gm /cc}$$

📝 ઉદાહરણ 1 (Example 1)

પ્રશ્ન: જો 3 મિનિટ 20 સેકન્ડમાં 0.5A ના DC કરંટ દ્વારા કેથોડ પર 111.83 mg સિલ્વર જમા થાય છે, તો સિલ્વરના ECE ની ગણતરી કરો.

ઉકેલ (Solution):

• t = 3 min 20 s = 200 s
• M = 111.83 mg
• ફેરાડેના નિયમ મુજબ (From Faraday’s law), $$M = ZIt$$
• $$Z = \frac{M}{It} = \frac{111.83}{0.5 \times 200}$$
• Z = 1.1183 mg/ C ✅

🔌 પ્લેટિંગ માટે જરૂરી કરંટ (Current required for plating)

ઇલેક્ટ્રોપ્લેટિંગના હેતુ માટે હંમેશા લો પ્રેશર ડાયરેક્ટ કરંટ (Low pressure DC supply) નો ઉપયોગ થાય છે. પ્લેટિંગના દર અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટના પ્રકાર પર આધાર રાખીને વપરાતું દબાણ (Voltage) 1 થી 16 V સુધી બદલાય છે. 🔋

🛡️ ઈલેક્ટ્રોપ્લેટિંગમાં કેથોડિક પ્રોટેક્શન (Cathodic protection in Electroplating)

કેથોડિક પ્રોટેક્શન (Cathodic protection – CP) એ એક એવી ટેકનિક છે જેનો ઉપયોગ મેટલની સપાટી પર લાગતા કાટ (Corrosion) ને નિયંત્રિત કરવા માટે થાય છે. આ પ્રક્રિયામાં મેટલને ઈલેક્ટ્રોકેમિકલ સેલ (Electrochemical cell) ના કેથોડ (Cathode) તરીકે બનાવવામાં આવે છે.

• પદ્ધતિ: રક્ષણ કરવાની સાદી પદ્ધતિમાં, જે મેટલને બચાવવાનો છે તેને વધુ સરળતાથી કાટ લાગી શકે તેવા સેક્રિફિશિયલ મેટલ (Sacrificial metal) સાથે જોડવામાં આવે છે, જે એનોડ (Anode) તરીકે કામ કરે છે.
• પ્રક્રિયા: સેક્રિફિશિયલ મેટલ પોતે ખવાઈ જાય છે (Corrodes) પરંતુ મુખ્ય મેટલને સુરક્ષિત રાખે છે.
• એક્સટર્નલ પાવર: લાંબી પાઈપલાઈન જેવા સ્ટ્રક્ચર્સ માટે જ્યાં કુદરતી રક્ષણ પૂરતું નથી, ત્યાં પૂરતો પ્રવાહ પૂરો પાડવા માટે બહારથી DC ઇલેક્ટ્રિકલ પાવર સોર્સનો ઉપયોગ થાય છે.

🌐 CP સિસ્ટમના ઉપયોગો:

CP સિસ્ટમ નીચેની ધાતુની વસ્તુઓને સુરક્ષિત કરે છે:

• સ્ટીલ વોટર અને ફ્યુઅલ પાઈપલાઈન 🛢️
• સ્ટોરેજ ટેન્ક અને વોટર હીટર
• ઓઈલ પ્લેટફોર્મ અને વિન્ડ ફાર્મ્સ (Wind farms) 🌬️
• ગેલ્વેનાઈઝ્ડ સ્ટીલ (Galvanised steel): સ્ટીલ પર ઝિંક (Zinc) નું કોટિંગ કરવામાં આવે છે જે તેને કાટ (Rust) થી બચાવે છે.

🔋 સેલના પ્રકાર (Type of Cells)

સેલ (Cell): સેલ એ એક ઈલેક્ટ્રોકેમિકલ ઉપકરણ (Electrochemical device) છે જેમાં બે અલગ-અલગ મટિરિયલના બનેલા ઈલેક્ટ્રોડ્સ (Electrodes) અને એક ઈલેક્ટ્રોલાઈટ (Electrolyte) હોય છે. ઈલેક્ટ્રોડ્સ અને ઈલેક્ટ્રોલાઈટ વચ્ચેની રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાથી વોલ્ટેજ (Voltage) ઉત્પન્ન થાય છે. ⚡

સેલને મુખ્ય બે ભાગમાં વહેંચવામાં આવે છે:

1. ડ્રાય સેલ (Dry cells): જેમાં પેસ્ટ અથવા જેલ જેવું ઈલેક્ટ્રોલાઈટ હોય છે.
2. વેટ સેલ (Wet cells): જેમાં પ્રવાહી ઈલેક્ટ્રોલાઈટ હોય છે.

🏜️ ડ્રાય સેલ (Dry Cell)

આજના સમયમાં ‘ડ્રાય સેલ’ એવા સેલને કહેવામાં આવે છે જેને ઈલેક્ટ્રોલાઈટ લીક થયા વગર કોઈપણ પોઝિશનમાં ચલાવી શકાય છે. તેની નવી ડિઝાઈનમાં ગેસના દબાણને નિયંત્રિત કરવા માટે તેને સંપૂર્ણપણે સીલ (Hermetically seal) કરવામાં આવે છે.

💧 વેટ સેલ (Wet Cell)

વેટ સેલ હંમેશા સીધી (Upright) સ્થિતિમાં જ ચલાવવા જોઈએ. ચાર્જિંગ કે ડિસ્ચાર્જિંગ દરમિયાન પેદા થતા ગેસને બહાર નીકળવા માટે તેમાં વેન્ટ્સ (Vents) હોય છે. લેડ-એસિડ સેલ (Lead-acid cell) એ વેટ સેલનું સૌથી સામાન્ય ઉદાહરણ છે. 🚗

⚡ પ્રાયમરી સેલ (Primary Cells)

પ્રાયમરી સેલ (Primary cells) એ એવા સેલ છે જે રિચાર્જેબલ (Not rechargeable) નથી. એકવાર રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા પૂરી થઈ જાય અને સેલ ડિસ્ચાર્જ થઈ જાય, પછી તેને નવા સેલથી બદલવો પડે છે.

પ્રાયમરી સેલના પ્રકાર:

• વોલ્ટાઈક સેલ (Voltaic cell)
• કાર્બન-ઝિંક સેલ (Carbon-zinc cell – Leclanche cell) 🔋
• આલ્કલાઇન સેલ (Alkaline cell)
• મર્ક્યુરી સેલ (Mercury cell)
• સિલ્વર ઓક્સાઇડ સેલ (Silver oxide cell)
• લિથિયમ સેલ (Lithium cell) 💻

🌑 ડ્રાય સેલ (Carbon-Zinc cell)

લેક્લાન્ચે (Leclanche) સેલના પ્રવાહી ઈલેક્ટ્રોલાઈટ ઢોળાઈ જવાની સમસ્યાને કારણે ડ્રાય સેલની શોધ થઈ.

• રચના (Construction):
  • ઝિંક કન્ટેનર (Zinc container): આ નેગેટિવ ઈલેક્ટ્રોડ (Negative electrode) તરીકે કામ કરે છે.
  • કાર્બન રોડ (Carbon rod): સેન્ટરમાં આવેલો આ રોડ પોઝિટિવ ઈલેક્ટ્રોડ (Positive electrode) છે.
  • ઈલેક્ટ્રોલાઈટ (Electrolyte): તે એમોનિયમ ક્લોરાઈડ (Ammonium chloride) ના સોલ્યુશનથી બનેલી ભેજવાળી પેસ્ટ છે.
• નુકસાન: જો સેલને લાંબા સમય સુધી ઉપકરણમાં રાખવામાં આવે, તો ઝિંકનું પડ ખવાઈ જવાથી ઈલેક્ટ્રોલાઈટ બહાર નીકળી શકે છે અને ઉપકરણને નુકસાન કરી શકે છે.
• સાઈઝ: તે સામાન્ય રીતે 1.5 V ના AA, C અને D સાઈઝમાં ઉપલબ્ધ છે.

🛠️ ઉપયોગો (Uses):

પ્રાયમરી સેલનો ઉપયોગ ઈલેક્ટ્રોનિક પ્રોડક્ટ્સ જેવી કે:

• ઘડિયાળ (Watches) ⌚
• સ્મોક એલાર્મ 🚨
• ટોર્ચ અને ટ્રાન્ઝિસ્ટર રેડિયો 📻
• હિયરિંગ એડ્સ (Hearing aids)

📉 આંતરિક અવરોધ (Internal resistance)

સેલનો આઉટપુટ વોલ્ટેજ તેના લોડ (Load) મુજબ બદલાય છે. લોડ વધતા (વધુ કરંટ લેતા), આઉટપુટ વોલ્ટેજ ઘટે છે. આનું કારણ સેલનો આંતરિક અવરોધ (Internal resistance) છે. સેલ જે મટિરિયલનો બનેલો છે તે સંપૂર્ણ વાહક નથી, તેથી તે અવરોધ પેદા કરે છે.

❌ સાદા સેલની ખામીઓ (Defects of a simple cell)

સિમ્પલ વોલ્ટાઈક સેલમાં સમય જતાં કરંટની શક્તિ ઘટે છે. તેના મુખ્ય બે કારણો છે:

1. લોકલ એક્શન (Local action)
2. પોલરાઈઝેશન (Polarisation)

🔍 લોકલ એક્શન (Local action):

જ્યારે સર્કિટ ખુલ્લી (Open circuit) હોય ત્યારે પણ ઝિંક પ્લેટમાંથી હાઈડ્રોજનના પરપોટા નીકળતા દેખાય છે. વેપારી ધોરણે મળતા ઝિંકમાં કાર્બન, લોખંડ અને સીસા (Lead) જેવી અશુદ્ધિઓ હોય છે. આ અશુદ્ધિઓ ઝિંક પ્લેટ પર નાના ‘લોકલ સેલ’ બનાવે છે જે સેલની શક્તિ ઘટાડે છે.

ઝીંક પ્લેટ (zinc plate) ને મર્ક્યુરી (mercury) સાથે Amalgamating (એમલગેમેટ) કરીને Local Action ને અટકાવી શકાય છે. આ કરવા માટે, ઝીંક પ્લેટને થોડા સમય માટે મંદ સલ્ફ્યુરિક એસિડ (dilute sulphuric acid) માં ડુબાડવામાં આવે છે અને ત્યારબાદ તેની સપાટી પર મર્ક્યુરી (પારો) ઘસવામાં આવે છે.

🫧 Polarisation (પોલરાઈઝેશન)

જ્યારે કરંટ (current) વહે છે, ત્યારે કોપર પ્લેટ (copper plate) પર $H_2$ (હાઈડ્રોજન) ના પરપોટા (bubbles) ઉદ્ભવે છે, જેના કારણે તેની પર એક પાતળું પડ બની જાય છે. આના લીધે કરંટની તાકાત (current strength) ઘટે છે અને છેવટે તે સંપૂર્ણપણે બંધ થઈ જાય છે. આ અસરને સેલનું Polarization (પોલરાઈઝેશન) કહેવામાં આવે છે.

• નિવારણ: પોલરાઈઝેશનને કેટલાક એવા કેમિકલ્સનો ઉપયોગ કરીને રોકી શકાય છે જે હાઈડ્રોજન પ્લેટ પર જમા થાય તે પહેલાં જ તેનું પાણીમાં ઓક્સિડેશન (oxidize) કરી દે. પોલરાઈઝેશન દૂર કરવા માટે વપરાતા આ કેમિકલ્સને De-polarisers (ડી-પોલરાઈઝર્સ) કહેવામાં આવે છે.

🔄 Secondary Cell (સેકન્ડરી સેલ)

જે સેલને ડિસ્ચાર્જ મોડ (discharge mode) થી ઉલટી દિશામાં ઇલેક્ટ્રિક કરંટ મોકલીને ફરીથી Recharge (રિચાર્જ) કરી શકાય છે, તેને Secondary Cell તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. સેકન્ડરી સેલને Storage Cell (સ્ટોરેજ સેલ) પણ કહેવામાં આવે છે કારણ કે તે ચાર્જ થયા પછી ઉર્જા (energy) નો સંગ્રહ કરે છે જ્યાં સુધી તેનો ઉપયોગ ન થાય.

📂 Types of Secondary Cells (સેકન્ડરી સેલના પ્રકાર):

1. Lead acid cell (લીડ એસિડ સેલ)
2. Alkaline cell or nickel-iron cell (આલ્કલાઇન સેલ અથવા નિકલ-આયર્ન સેલ)

🏗️ Parts of Lead Acid Cell (લીડ એસિડ સેલના ભાગો – Fig 2)

લીડ એસિડ સેલ મુખ્યત્વે નીચેના ભાગોનો બનેલો હોય છે:

1. Container (કન્ટેનર): 🏺 કન્ટેનર હાર્ડ રબર (hard rubber), ગ્લાસ અથવા સેલ્યુલોઇડનું બનેલું હોય છે. તેમાં એક્ટિવ પ્લેટ્સ, સેપરેટર્સ અને ઈલેક્ટ્રોલાઈટ રાખવામાં આવે છે. કન્ટેનરના તળિયે Ribs (રીબ્સ) હોય છે જેના પર પ્લેટ્સ ગોઠવાયેલી હોય છે. આ રીબ્સ વચ્ચેની જગ્યાને Sediment Chamber (સેડિમેન્ટ ચેમ્બર) કહેવામાં આવે છે.

2. Plates (પ્લેટ્સ): 🍽️ પોઝિટિવ પ્લેટ્સ (Positive plates) બે પ્રકારની હોય છે:

   • Plante plate (પ્લાન્ટે પ્લેટ) અથવા Formed plates: આ પ્લેટ્સ વારંવાર ચાર્જિંગ અને ડિસ્ચાર્જિંગની પ્રક્રિયા દ્વારા તૈયાર કરવામાં આવે છે. શરૂઆતમાં તે શુદ્ધ લીડ (pure lead) ની હોય છે જે ચાર્જ થયા પછી Lead Peroxide માં બદલાઈ જાય છે.
   • Faure plate (ફોરે પ્લેટ): તેને Pasted plates પણ કહેવાય છે. તે લંબચોરસ લીડ ગ્રીડ (lead grid) ની બનેલી હોય છે, જેમાં એક્ટિવ મટિરિયલ એટલે કે લીડ પેરોક્સાઈડ ($PbO_2$) ને પેસ્ટના સ્વરૂપમાં ભરવામાં આવે છે (Fig 3).
   • Negative plates: આ લંબચોરસ લીડ ગ્રીડની બનેલી હોય છે અને તેનું એક્ટિવ મટિરિયલ Spongy Lead (Pb) હોય છે જે પેસ્ટના સ્વરૂપમાં હોય છે (Fig 4).

3. Separators (સેપરેટર્સ): 🪵 આ કેમિકલી ટ્રીટેડ લાકડું અથવા રબરની પાતળી શીટ્સ હોય છે. તેનો ઉપયોગ પોઝિટિવ અને નેગેટિવ પ્લેટ્સ વચ્ચે Short Circuit અટકાવવા માટે થાય છે (Fig 5).

4. Post Terminals (પોસ્ટ ટર્મિનલ્સ): 🔌 વેલ્ડિંગ કરેલી પ્લેટ્સના દરેક ગ્રુપમાંથી ઉપર તરફ નીકળતો એક નાનો પોલ (pole) પોસ્ટ ટર્મિનલ બનાવે છે (Fig 6).

🧪 Electrolyte (ઈલેક્ટ્રોલાઈટ)

લીડ એસિડ સેલમાં વપરાતું ઈલેક્ટ્રોલાઈટ મંદ સલ્ફ્યુરિક એસિડ (Dilute Sulphuric Acid – $H_2SO_4$) છે.

• Specific Gravity: આ ઈલેક્ટ્રોલાઈટની સ્પેસિફિક ગ્રેવિટી 1.24 થી 1.28 ની વચ્ચે હોય છે. તે મેન્યુફેક્ચરરના સ્પેસિફિકેશન મુજબ બદલાઈ શકે છે.

⚙️ Working Principle (કાર્યકારી સિદ્ધાંત)

સેકન્ડરી સેલમાં શરૂઆતમાં કોઈ નોંધપાત્ર ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ એનર્જી (electrochemical energy) હોતી નથી. સૌથી પહેલા સેકન્ડરી સેલને ચાર્જ કરવો પડે છે. ત્યારબાદ સેલ તે સંગ્રહિત ઉર્જાને જાળવી રાખે છે જ્યાં સુધી તેનો ઉપયોગ કરવામાં ન આવે.

🧪 ચાર્જિંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન ફેરફાર (During Charging Process – Fig 7)

જ્યારે બેટરી વપરાય છે, ત્યારે તેના બંને ઇલેક્ટ્રોડ્સ લેડ સલ્ફેટ (PbSO4) માં ફેરવાય છે. જ્યારે સેલ ચાર્જ થાય છે, ત્યારે રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાને કારણે:

• લેડ સલ્ફેટ ઇલેક્ટ્રોડ નરમ અથવા Sponge Lead (Pb – નેગેટિવ પ્લેટ) માં બદલાય છે.
• બીજો ઇલેક્ટ્રોડ Lead Peroxide (PbO2 – પોઝિટિવ પ્લેટ) માં બદલાય છે.
• તે જ સમયે, ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સોલ્યુશન મજબૂત બને છે અને શક્તિશાળી Sulphuric Acid (H2SO4) બને છે. ⚗️

⚡ વોલ્ટેજ (Voltage)

સંપૂર્ણ ચાર્જ થયેલા સેલનું વોલ્ટેજ (Voltage of a fully charged cell) 2.1 થી 2.6V હોય છે અને ડિસ્ચાર્જ થયા પછી વોલ્ટેજ ઘટીને 1.8V સુધી પહોંચે છે.

📏 કેપેસિટી (Capacity)

સ્ટોરેજ સેલની કેપેસિટીનો એકમ (unit of capacity) Ampere-hour (AH) છે. તે સેલ અથવા બેટરી દ્વારા નિર્ધારિત કરંટ (rated current in amperes) અને તે કરંટ કેટલા સમય સુધી ડિસ્ચાર્જ થઈ શકે છે (time in hours) તેનો ગુણાકાર છે.

Capacity (કેપેસિટી) = Current (કરંટ) x Time (સમય) – AH

🌡️ તાપમાન અને વિશિષ્ટ ઘનતા (Temperature and Specific Gravity)

ઇલેક્ટ્રોલાઇટનું તાપમાન (Temperature of the electrolyte) 27°C રાખવું જોઈએ અને તેની વિશિષ્ટ ઘનતા (specific gravity) 1.250 ± 0.010 હોવી જોઈએ. વધુ પડતું તાપમાન પોઝિટિવ પ્લેટમાં વધુ Sulphation (સલ્ફેશન) અને Buckling (બકલિંગ) જેવી સમસ્યાઓ પેદા કરશે.

⚠️ ખામીઓ (Defects)

બેટરીમાં મુખ્યત્વે નીચે મુજબની ખામીઓ જોવા મળે છે:

• Hard Sulphation (હાર્ડ સલ્ફેશન)
• Buckling (બકલિંગ)
• Partial Short (પાર્શિયલ શોર્ટ)

1. Hard Sulphation (હાર્ડ સલ્ફેશન):

સેલને વધુ પડતો ડિસ્ચાર્જ કરવાથી અથવા લાંબા સમય સુધી ડિસ્ચાર્જ સ્થિતિમાં રાખવાથી બંને ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર સલ્ફેશન થાય છે, જે હાઈ ઇન્ટરનલ રેઝિસ્ટન્સ (high internal resistance) પેદા કરે છે. આ ખામીને દૂર કરવા માટે સેલને લાંબા સમય સુધી ઓછા દરે ચાર્જ કરવામાં આવે છે, જેને Trickle Charge (ટ્રિકલ ચાર્જ) કહેવામાં આવે છે. 🛠️

2. Buckling (બકલિંગ):

વધુ પડતા ચાર્જિંગ અને ડિસ્ચાર્જિંગ (overcharging and discharging), અયોગ્ય ઇલેક્ટ્રોલાઇટ અથવા તાપમાનને કારણે ઇલેક્ટ્રોડ્સ વળી જાય છે (bending), તેને Buckling કહેવામાં આવે છે.

3. Partial Short (પાર્શિયલ શોર્ટ):

પ્લેટોમાંથી પડતા કાંપ (sediments) પોઝિટિવ અને નેગેટિવ ઇલેક્ટ્રોડ્સને શોર્ટ-સર્કિટ કરે છે, જેના કારણે ચાર્જિંગ અને ડિસ્ચાર્જિંગ દરમિયાન સેલ વધુ ગરમ (overheating) થાય છે. આવા સેલને નવા સેલ સાથે બદલી નાખવો જોઈએ.

⚙️ કાર્યક્ષમતા (Efficiency)

બેટરીની કાર્યક્ષમતા બે રીતે માપવામાં આવે છે:

1. Ampere-hour (AH) efficiency
2. Watt-hour (WH) efficiency

📝 AH efficiency નો ફોર્મ્યુલા: $$AH \text{ efficiency} = \frac{\text{Output in AH discharge}}{\text{Input in AH charge}}$$

વૉટ-અવર કાર્યક્ષમતા (Watt-hour efficiency) હંમેશા એમ્પીયર-અવર કાર્યક્ષમતા કરતા ઓછી હોય છે, કારણ કે ડિસ્ચાર્જ દરમિયાન પોટેન્શિયલ ડિફરન્સ (potential difference) ચાર્જિંગ સમય કરતા ઓછો હોય છે.

📝 Watt-hour efficiency નો ફોર્મ્યુલા: $$\text{Watt-hour efficiency} = \frac{\text{AH efficiency} \times \text{Average volts on discharge}}{\text{Average volts on charge}}$$

🧪 ચાર્જિંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન થતા ફેરફારો (During Charging Process)

જ્યારે સેલનો ઉપયોગ થાય છે, ત્યારે બંને ઇલેક્ટ્રોડ્સ લેડ સલ્ફેટ (PbSO₄) માં ફેરવાય છે. પરંતુ જ્યારે સેલને ચાર્જ કરવામાં આવે છે (Fig 7 મુજબ):

• નેગેટિવ પ્લેટ (Negative plate) સોફ્ટ અથવા સ્પોન્જ લેડ (Pb) માં ફેરવાય છે.
• પોઝિટિવ પ્લેટ (Positive plate) લેડ પેરોક્સાઇડ (PbO₂) માં ફેરવાય છે.
• ઇલેક્ટ્રોલાઇટ દ્રાવણ મજબૂત બને છે અને શક્તિશાળી સલ્ફ્યુરિક એસિડ (H₂SO₄) બને છે.

⚡ વોલ્ટેજ (Voltage)

સંપૂર્ણ ચાર્જ થયેલા (fully charged) સેલનો વોલ્ટેજ 2.1 થી 2.6V હોય છે અને ડિસ્ચાર્જ (discharge) થયા પછી આ વોલ્ટેજ ઘટીને 1.8V સુધી પહોંચી જાય છે.

📊 ક્ષમતા (Capacity)

સ્ટોરેજ સેલની ક્ષમતા (capacity) નો એકમ એમ્પીયર-અવર (AH) છે. તે સેલ અથવા બેટરીના રેટેડ કરંટ (amperes માં) અને તે સમય (hours માં) નો ગુણાકાર છે, જે દરમિયાન તે રેટેડ કરંટ ડિસ્ચાર્જ કરી શકે છે.

સૂત્ર (Formula):

Capacity (કેપેસીટી) = Current (કરંટ) x Time (સમય) – AH

🌡️ તાપમાન અને વિશિષ્ટ ઘનતા (Temperature and Specific Gravity)

ઇલેક્ટ્રોલાઇટ (electrolyte) નું તાપમાન 27°C પર જાળવી રાખવું જોઈએ અને તેની વિશિષ્ટ ઘનતા (specific gravity) 1.250 ± 0.010 હોવી જોઈએ. જો તાપમાન જરૂર કરતા વધી જાય, તો પોઝિટિવ પ્લેટમાં વધુ સલ્ફેશન (sulphation) અને બકલિંગ (buckling) જેવી સમસ્યાઓ સર્જાય છે.

🛠️ સેલની ખામીઓ (Defects)

બેટરીના લાંબા આયુષ્ય માટે તેમાં આવતી ખામીઓ સમજવી જરૂરી છે:

• હાર્ડ સલ્ફેશન (Hard sulphation): 🔋 સેલને લાંબા સમય સુધી ડિસ્ચાર્જ હાલતમાં રાખવાથી અથવા ઓવર-ડિસ્ચાર્જ કરવાથી બંને ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર સલ્ફેશન થાય છે, જે આંતરિક અવરોધ (internal resistance) વધારે છે. આ સલ્ફેશનને દૂર કરવા માટે સેલને ઓછા દરે (low rate) લાંબા સમય સુધી ચાર્જ કરવામાં આવે છે, જેને ટ્રિકલ ચાર્જ (trickle charge) કહેવામાં આવે છે.

• બકલિંગ (Buckling): 〰️ વધારે પડતા ચાર્જિંગ કે ડિસ્ચાર્જિંગ અથવા અયોગ્ય તાપમાનને કારણે ઇલેક્ટ્રોડ્સ (પ્લેટો) વળી જાય છે, તેને બકલિંગ કહેવામાં આવે છે.

• પાર્શિયલ શોર્ટ (Partial short): ⚡ પ્લેટોમાંથી પડતા સેડિમેન્ટ્સ (sediments – કચરો) પોઝિટિવ અને નેગેટિવ ઇલેક્ટ્રોડ્સ વચ્ચે શોર્ટ-સર્કિટ કરે છે, જેના કારણે ચાર્જિંગ અને ડિસ્ચાર્જિંગ દરમિયાન સેલ ગરમ થઈ જાય છે. આવા સેલને નવા સેલ સાથે બદલી નાખવો જોઈએ.

📈 કાર્યક્ષમતા (Efficiency)

સેલની કાર્યક્ષમતા બે રીતે માપવામાં આવે છે:

1. એમ્પીયર-અવર (AH) કાર્યક્ષમતા: $$AH\ efficiency = \frac{Output\ in\ AH\ discharge}{Input\ in\ AH\ charge}$$

2. વોટ-અવર (WH) કાર્યક્ષમતા: વોટ-અવર કાર્યક્ષમતા હંમેશા એમ્પીયર-અવર કાર્યક્ષમતા કરતા ઓછી હોય છે, કારણ કે ડિસ્ચાર્જ દરમિયાન પોટેન્શિયલ ડિફરન્સ (potential difference) ચાર્જિંગ કરતા ઓછો હોય છે.

સૂત્ર (Formula):

Watt – hour efficiency = AH efficiency × $\frac{Average\ volts\ on\ discharge}{Average\ volts\ on\ charge}$

⚡ લેડ-એસીડ સેલમાં ચાર્જ અને ડિસ્ચાર્જ સાયકલ (Chemical Action in Lead-Acid Cell)

સેલ જ્યારે કાર્ય કરે છે (Discharge) અને જ્યારે તેને ફરીથી શક્તિ આપવામાં આવે છે (Charge), ત્યારે તેમાં નીચે મુજબની રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ થાય છે:

📉 ડિસ્ચાર્જ દરમિયાન (During Discharge):

• પોઝિટિવ પ્લેટ (Positive Plate): લેડ પેરોક્સાઇડ + હાઇડ્રોજન + સલ્ફ્યુરિક એસિડ ➡️ લેડ સલ્ફેટ + પાણી PbO₂ + H₂ + H₂SO₄ ➡️ PbSO₄ + 2H₂O

• નેગેટિવ પ્લેટ (Negative Plate): શુદ્ધ લેડ + સલ્ફેટ ➡️ લેડ સલ્ફેટ Pb + SO₄ = PbSO₄

📈 ચાર્જ દરમિયાન (During Charge):

• પોઝિટિવ પ્લેટ (Positive Plate): લેડ સલ્ફેટ + સલ્ફેટ + પાણી ➡️ લેડ પેરોક્સાઇડ + સલ્ફ્યુરિક એસિડ PbSO₄ + SO₄ + 2H₂O ➡️ PbO₂ + 2H₂SO₄

• નેગેટિવ પ્લેટ (Negative Plate): લેડ સલ્ફેટ + હાઇડ્રોજન ➡️ લેડ + સલ્ફ્યુરિક એસિડ PbSO₄ + H₂ ➡️ Pb + H₂SO₄

🧪 નિકલ આયર્ન સેલ (The Nickel Iron Cell – Fig 8)

નિકલ આયર્ન સેલ એક પ્રકારનો આલ્કલાઇન સેલ (Alkaline Cell) છે. તેના મુખ્ય ભાગો નીચે મુજબ છે:

🛠️ સેલના મુખ્ય ભાગો (Parts):

1. પોઝિટિવ પ્લેટ (Positive Plate) ➕
2. નેગેટિવ પ્લેટ (Negative Plate) ➖
3. ઇલેક્ટ્રોલાઇટ (Electrolyte) 💧
4. કન્ટેનર (Container) 📦
5. સેપરેટર્સ (Separators) 📏

🏗️ બનાવટ (Construction):

• પોઝિટિવ પ્લેટ: આ પ્લેટ નિકલ હાઇડ્રોક્સાઇડ [Ni(OH)₄] ની ટ્યુબ્સ અને છિદ્રાળુ સ્ટીલ રિબનથી બનેલી હોય છે, જેને સ્ટીલની રીબ્સ દ્વારા જોડીને નિકલ-પ્લેટેડ કરવામાં આવે છે.
• નેગેટિવ પ્લેટ: તે ઝીણા છિદ્રો વાળી નિકલ સ્ટીલ સ્ટ્રીપ (Nickel Steel Strip) માંથી બનાવવામાં આવે છે.
• ઇલેક્ટ્રોલાઇટ: આમાં 21% પોટેશિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ (KOH) નું દ્રાવણ અને થોડી માત્રામાં લિથિયમ હાઇડ્રેટ (LiOH) નો ઉપયોગ થાય છે.
• કન્ટેનર: કન્ટેનર નિકલ-પ્લેટેડ સ્ટીલનું બનેલું હોય છે.
• સેપરેટર્સ: પ્લેટોને અલગ રાખવા માટે સખત રબરની પટ્ટીઓ (Hard rubber strips) વપરાય છે.

⚗️ રાસાયણિક ફેરફારો (Chemical Changes):

• ડિસ્ચાર્જ વખતે: પોટેશિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ (KOH) નું વિભાજન K અને (OH) આયનો માં થાય છે. OH આયનો નેગેટિવ પ્લેટ તરફ જઈને આયર્ન (Iron) નું ઓક્સિડેશન કરે છે.
• ચાર્જિંગ વખતે: આનાથી ઉલટી પ્રક્રિયા થાય છે.
• ખાસ નોંધ: આ પ્રક્રિયામાં ઇલેક્ટ્રોલાઇટ માત્ર આયનોના ટ્રાન્સફર માટેના સ્ત્રોત તરીકે કામ કરે છે, તે પોતે કોઈ રાસાયણિક ફેરફારમાં ભાગ લેતું નથી. તેથી, ઇલેક્ટ્રોલાઇટની ઘનતા (Density) માં ખાસ ફેરફાર થતો નથી.

✨ લાક્ષણિકતાઓ (Characteristics):

• વોલ્ટેજ (EMF): ફુલ ચાર્જ હોય ત્યારે સેલનું EMF 1.4V હોય છે, જે ડિસ્ચાર્જ થતા 1.2V સુધી પહોંચે છે. જો વોલ્ટેજ 1.15V થી નીચે જાય, તો સેલ સંપૂર્ણ ડિસ્ચાર્જ ગણાય છે.
• મજબૂતી: સ્ટીલની પ્લેટોને કારણે તેની મિકેનિકલ મજબૂતી (Mechanical strength) ખૂબ સારી હોય છે.
• ટકાઉપણું: આ સેલ ભારે ચાર્જ અને ડિસ્ચાર્જ કરંટ સહન કરી શકે છે અને લાંબો સમય ડિસ્ચાર્જ હાલતમાં રહે તો પણ બગડતો નથી.

🌟 નિકલ આયર્ન સેલના ફાયદા (Advantages over Lead-Acid Cells):

લેડ-એસીડ સેલની સરખામણીમાં આલ્કલાઇન સેલ (Alkaline cells) નીચે મુજબ વધુ સારા છે:

1. ❄️ નીચા તાપમાને (Low temperatures) વધુ સારી રીતે કામ કરે છે.
2. 🚫 તેમાંથી કોઈ ઝેરી ધુમાડો (Obnoxious fumes) નીકળતો નથી.
3. 🔋 તેમાં સેલ્ફ-ડિસ્ચાર્જ (Self-discharge) ખૂબ જ ઓછું હોય છે.
4. 💪 તેની પ્લેટો વળી જતી નથી (Do not buckle) કે તેમાંથી વાસ આવતી નથી.

🧪 રાસાયણિક પ્રક્રિયા (Chemical Action)

જ્યારે સેલમાં ચાર્જિંગ અને ડિસ્ચાર્જિંગ થાય છે, ત્યારે નીચે મુજબની રાસાયણિક પ્રક્રિયા (Chemical action) જોવા મળે છે:

સમીકરણ (Equation): Ni(OH)₄ + KOH + Fe ⇌ Ni(OH)₂ + KOH + Fe(OH)₂

• Ni(OH)₄: Hydrated Ferrous (નોંધ: ઈમેજ મુજબ અહીં Nickel હોવું જોઈએ, પરંતુ ડોક્યુમેન્ટ પ્રમાણે Hydrated Ferrous દર્શાવેલ છે).
• KOH: Potassium Hydroxide (પોટેશિયમ હાઈડ્રોક્સાઈડ).
• Fe: Ferrous (લોખંડ).
• Ni(OH)₂: Nickel Hydroxide.

📊 તુલનાત્મક કોષ્ટક: Lead-acid cell અને Edison cell (Comparison)

| ક્રમ (Sl.No.) | વિગત (Particulars) | Lead-acid cell | Nickel iron cell (Edison Cell) | | :— | :— | :— | :— | | 1 | Positive plate | PbO₂ (Lead peroxide) | Nickel hydroxide Ni(OH)₄ અથવા Nickel oxide (NiO₂) | | 2 | Negative plate | Sponge lead | Iron (લોખંડ) | | 3 | Electrolyte | Diluted H₂SO₄ (મંદ સલ્ફ્યુરિક એસિડ) | KOH (પોટેશિયમ હાઈડ્રોક્સાઈડ) | | 4 | Average emf | 2.1 V/cell | 1.2 V/cell | | 5 | Internal resistance | સરખામણીમાં ઓછો (Comparatively low) | સરખામણીમાં વધારે (Comparatively higher resistance) | | 6 | Efficiency (કાર્યક્ષમતા) | Amp-hour: 90 – 95% <br> Watt-hour: 72 – 80% | Amp-hour: લગભગ 80% <br> Watt-hour: આશરે 60% | | 7 | Cost (કિંમત) | Alkaline cell કરતા ઓછી કિંમત | Lead-acid cell કરતા લગભગ બમણી કિંમત (પરંતુ જાળવણી સરળ છે) | | 8 | Life (આયુષ્ય) | આશરે 1250 ચાર્જ અને ડિસ્ચાર્જ સાયકલ | ઓછામાં ઓછા પાંચ વર્ષ (Five years atleast) | | 9 | Strength (મજબૂતી) | ખૂબ કાળજી અને મેઈન્ટેનન્સ જોઈએ. અધૂરા ચાર્જ-ડિસ્ચાર્જથી Sulphation થાય છે. | મજબૂત (Robust), યાંત્રિક રીતે શક્તિશાળી, વાઈબ્રેશન સહન કરી શકે તેવી. ગમે તે દરે ચાર્જ/ડિસ્ચાર્જ કરી શકાય. |

✅ Nickel Iron Cell ના ફાયદા (Advantages)

A. ફાયદા (Advantages):

1. (i) તે ભારે ચાર્જ અને ડિસ્ચાર્જ કરંટ (heavy charge/discharge current) સહન કરી શકે છે અને જલ્દી બગડતો નથી. ⚡
2. (ii) તેની બનાવટ મજબૂત (robust construction) છે, તેથી તેને રફ રીતે પણ વાપરી શકાય છે. 🛠️
3. (iii) તે વજનમાં હલકો છે અને તેથી તે પોર્ટેબલ (portable) છે. 🏃‍♂️
4. (iv) તેને લાંબા સમય સુધી ડિસ્ચાર્જ હાલતમાં છોડી શકાય છે.
5. (v) તે ઊંચા તાપમાન (higher temperatures) પર પણ કામ કરી શકે છે. 🌡️
6. (vi) તેનો ઉપયોગ ઊંચા તાપમાન પર પણ કરવામાં આવે છે.
7. (vii) તેનો ઉપયોગ ઇલેક્ટ્રિક વાહનો (electric operated vehicles), સ્વીચ-ગિયર ઓપરેશન વગેરેમાં થાય છે. 🚗

⚠️ Nickel Iron Cell ના ગેરફાયદા (Disadvantages)

B. ગેરફાયદા (Disadvantages):

1. (i) તેનું EMF સતત (constant) રહેતું નથી. 📉
2. (ii) તેની કાર્યક્ષમતા (efficiency) Lead-acid cell કરતા ઓછી છે.
3. (iii) તેમાં ઇન્ટરનલ રેઝિસ્ટન્સ (internal resistance) વધારે હોય છે.
4. (iv) Lead-acid cell ની સરખામણીમાં તેનું EMF ઓછું હોય છે.
5. (v) જો તાપમાન વધે, તો તેનું EMF થોડું ઘટી જશે. 🌡️⬇️

🔍 SEO Keywords for WordPress:

• Lead-acid cell vs Edison cell in Gujarati
• Nickel iron cell advantages and disadvantages
• ITI Electrician Theory Gujarati notes
• Battery Comparison Table Gujarati
• Chemical action of Nickel iron cell
• Secondary cell types and comparison
• Electrician Exercise 1.6.57 notes

Instructor Note: આ માહિતી ITI ના વિદ્યાર્થીઓ માટે સેકન્ડરી સેલના પ્રકરણમાં ખૂબ જ ઉપયોગી છે. પરીક્ષામાં તફાવત લખવા માટે આ ટેબલ સૌથી શ્રેષ્ઠ માધ્યમ છે.

SEO Keywords for WordPress:

• Nickel Iron Cell in Gujarati
• Lead Acid Cell Chemical Reaction Gujarati
• Edison Cell construction and working
• ITI Electrician Theory Gujarati notes
• Difference between Lead Acid and Nickel Iron cell
• Alkaline Cell advantages in Gujarati
• Electrical Engineering basics Gujarati

Instructor Note: આ લેસન વિદ્યાર્થીઓને બેટરીના પ્રકારો અને તેમની રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ સમજાવવા માટે અત્યંત ઉપયોગી છે. ડાયગ્રામ (Fig 8) નો અભ્યાસ પ્લેટોની ગોઠવણી સમજવા માટે ખાસ કરવો.

📈 SEO Keywords for WordPress:

• Lead Acid Cell in Gujarati
• Secondary Cell Working Principle
• Parts of Lead Acid Cell
• Electrician Theory NSQF Level 5
• Difference between Plante and Faure plates
• What is Electrolyte in Lead Acid Battery
• ITI Electrician Lesson Gujarati
• Lead Acid Battery Construction

Power : Electrician (NSQF Revised – 2022) – Related Theory for Exercise 1.6.57 Page: 123

🔑 SEO Keywords for WordPress:

• Electrician Theory in Gujarati
• Cathodic Protection Explanation (કેથોડિક પ્રોટેક્શન)
• Types of Cells (સેલના પ્રકારો)
• Dry Cell vs Wet Cell in Gujarati
• Primary Cell construction
• Carbon-Zinc Cell details
• Internal resistance of cell
• ITI Electrician Lesson Gujarati

Instructor Note: વિદ્યાર્થીઓને ડાયાગ્રામ (Fig 1) બતાવીને ઝિંક કન્ટેનર અને કાર્બન રોડની પોઝિશન સમજાવવી. 👨‍🏫

🔍 SEO Keywords for WordPress:

Electroplating in Gujarati, Electrolysis Theory, ECE of Elements Table, Faraday's Law Formula, ITI Electrician Theory Gujarati, How electroplating works, ઇલેક્ટ્રોપ્લેટિંગ પ્રક્રિયા, નિકલ અને સિલ્વર ECE.

Power : Electrician (NSQF Revised – 2022) – Related Theory for Exercise 1.6.57 | Page 121

🌐 SEO Keywords for WordPress:

Electrician Theory Gujarati, Cells and Batteries Notes, Faraday's Laws of Electrolysis in Gujarati, Primary and Secondary Cells, Electrolysis Process Explained, ITI Electrician Study Material, Chemical Effect of Electric Current, Anode and Cathode Difference, ECE of Silver, What is Electrolyte.

સૂચના: આ પાઠને લગતો વીડિયો જોવા માટે તમારા પુસ્તકમાં આપેલ QR Code સ્કેન કરો. 📲

🔍 SEO Keywords for WordPress:

તમારા વેબપેજને રેન્ક કરવા માટે આ કીવર્ડ્સ ટેગ્સ તરીકે વાપરો:

• Lead Acid Battery Theory in Gujarati
• Storage Cell Capacity AH
• Battery Defects Buckling Sulphation
• IT electrician lesson Lead Acid Cell
• Battery Efficiency AH vs WH
• Gujarati Electrician Theory Notes
• Trickle Charging process

નોંધ: આ લેસન ITI Electrician (NSQF Revised – 2022) ના અભ્યાસક્રમ મુજબ તૈયાર કરવામાં આવ્યું છે. 📖✨