Cấu tạo cơ bản và nguyên lý hoạt động của pin Voltaic

Một ổ pin điện hóa đơn giản được tạo ra bằng cách ngâm một tấm kẽm và một tấm đồng vào dung dịch axit sulfuric pha loãng. Như hình vẽ cho thấy, nếu kết nối tấm đồng và tấm kẽm bên ngoài với một tải điện, một dòng điện bắt đầu chảy từ tấm đồng đến tấm kẽm thông qua tải. Điều đó có nghĩa là có một hiệu điện thế phát triển giữa tấm đồng và tấm kẽm. Khi dòng điện chảy từ đồng đến kẽm, rõ ràng tấm đồng trở nên tích điện dương và tấm kẽm trở nên tích điện âm.

Cách hoạt động của ổ pin điện hóa

Nguyên lý hoạt động của ổ pin điện hóa dựa trên nguyên tắc rằng, khi hai kim loại khác nhau được ngâm trong dung dịch điện phân, kim loại phản ứng mạnh hơn sẽ có xu hướng tan trong dung dịch dưới dạng ion kim loại dương, để lại electron trên tấm kim loại. Hiện tượng này làm cho tấm kim loại phản ứng mạnh hơn mang điện âm.

Kim loại ít phản ứng hơn sẽ thu hút các ion dương trong dung dịch, do đó các ion dương này được lắng đọng trên tấm, làm cho tấm mang điện dương. Trong trường hợp của ổ pin điện hóa đơn giản, kẽm sẽ tan trong dung dịch axit sulfuric dưới dạng ion dương và sau đó phản ứng với ion SO4 − − âm của dung dịch và tạo thành sulfat kẽm (ZnSO4). Do đồng là kim loại ít phản ứng hơn, các ion hydrogen dương trong dung dịch axit sulfuric có xu hướng lắng đọng trên tấm đồng. Số lượng ion kẽm tăng lên trong dung dịch có nghĩa là số lượng electron rời khỏi tấm kẽm cũng tăng lên. Các electron này sau đó đi qua dây dẫn ngoại vi kết nối giữa tấm kẽm và tấm đồng.

Khi đến tấm đồng, các electron này sau đó kết hợp với các nguyên tử hydro lắng đọng trên tấm và tạo thành các nguyên tử hydro trung hòa. Các nguyên tử này sau đó kết hợp thành cặp để tạo thành phân tử khí hydro và cuối cùng khí này nổi lên dọc theo tấm đồng dưới dạng bọt khí hydro. Phản ứng hóa học diễn ra bên trong ổ pin điện hóa như sau,

Tuy nhiên, phản ứng này dừng lại khi tiềm năng tiếp xúc giữa Zn và axit sulfuric pha loãng đạt giá trị 0.62 Volt. Trong quá trình hoạt động của ổ pin điện hóa, tấm kẽm ở mức tiềm năng thấp hơn so với lớp màng dung dịch lân cận như được thể hiện trong hình dưới đây.

Tương tự, khi tấm đồng được đặt tiếp xúc với điện phân, thì các ion hydrogen dương trong dung dịch có xu hướng lắng đọng trên nó cho đến khi tiềm năng của nó tăng gần đến 0.46 V so với dung dịch. Do đó, hiệu điện thế phát triển trong ổ pin điện hóa là 0.62 − (− 0.46) = 1.08 Volt.

Trong ổ pin điện hóa đơn giản có hai nhược điểm chính, được gọi là polarization và tác dụng cục bộ.

Polarization của ổ pin điện hóa

Quan sát thấy rằng trong pin này, dòng điện dần dần giảm và sau một thời gian hoạt động nhất định, dòng điện có thể ngừng hoàn toàn. Sự giảm dòng điện này là do sự lắng đọng hydro trên tấm đồng. Mặc dù hydro thoát ra khỏi pin dưới dạng bọt, nhưng vẫn có một lớp mỏng hydro phủ trên bề mặt tấm. Lớp này hoạt động như một vật liệu cách điện, từ đó tăng điện trở nội điện của pin. Do lớp cách điện này, các ion hydro không thể nhận electron từ tấm đồng và lắng đọng dưới dạng ion. Lớp ion hydro dương trên tấm đồng gây ra lực đẩy đối với các ion hydro đang tiếp cận tấm đồng. Do đó, dòng điện giảm. Hiện tượng này được gọi là polarization.

Tác dụng cục bộ của ổ pin điện hóa

Đã tìm thấy rằng ngay cả khi ổ pin điện hóa không cung cấp dòng điện, kẽm liên tục bị tan trong điện phân. Điều này là do sự tồn tại của một số tạp chất như sắt và chì trong kẽm thương mại tạo ra các ô pin cục bộ nhỏ, được nối tắt bởi phần chính của kẽm. Hành động của các pin ký sinh này không thể kiểm soát, do đó có một lượng kẽm bị lãng phí. Hiện tượng này được gọi là tác dụng cục bộ.

Lời tuyên bố: Hãy tôn trọng bản gốc, những bài viết tốt đáng được chia sẻ, nếu có vi phạm quyền sở hữu trí tuệ vui lòng liên hệ để xóa.