Φόρτιση της Μπαταρίας και Έκφορτιση της Μπαταρίας

Πριν προχωρήσουμε στη λεπτομέρεια αυτού του θέματος, δηλαδή φόρτιση και απόφορτος της μπαταρίας, θα προσπαθήσουμε πρώτα να κατανοήσουμε τι είναι οξείδωση και απόξειδωση. Διότι, μπαταρία η οποία φορτίζεται ή αποφορτίζεται λόγω αντιδράσεων οξείδωσης και απόξειδωσης.
Για την κατανόηση της θεωρίας της οξείδωσης και απόξειδωσης, μπορούμε να πάμε άμεσα σε ένα παράδειγμα χημικής αντίδρασης. Ας θεωρήσουμε την αντίδραση μεταξύ μετάλλου ζινκ και χλωρίου.

Στην παραπάνω αντίδραση, το ζινκ (Zn) πρώτα δίνει δύο ηλεκτρόνια και γίνεται θετικά ιόντα.

Εδώ, κάθε άτομο χλωρίου αποδέχεται ένα ηλεκτρόνιο και γίνεται αρνητικό ίον.

Τώρα, αυτά τα δύο αντίθετα φορτισμένα ιόντα συνδυάζονται μαζί για να σχηματίσουν, ζινκ χλωρίδιο (ZnCl2)
Σε αυτή την αντίδραση, καθώς το ζινκ δίνει ηλεκτρόνια, οξειδώνεται και το χλώριο αποδέχεται ηλεκτρόνια, επομένως αποξειδώνεται.
Όταν ένα άτομο δίνει ηλεκτρόνια, τον αριθμό οξείδωσής του αυξάνεται. Στο παράδειγμά μας, ο αριθμός οξείδωσης του ζινκ γίνεται +2 από 0. Καθώς ο αριθμός οξείδωσης αυξάνεται, αυτό το μέρος της αντίδρασης ονομάζεται αντίδραση οξείδωσης. Από την άλλη, όταν ένα άτομο αποδέχεται ηλεκτρόνια, ο αρνητικός αριθμός οξείδωσής του αυξάνεται, που σημαίνει ότι ο αριθμός οξείδωσης του ατόμου μειώνεται σε σχέση με την αναφορά μηδέν. Καθώς ο αριθμός οξείδωσης μειώνεται ή αποξειδώνεται, αυτό το μέρος της αντίδρασης ονομάζεται αντίδραση απόξειδωσης.

Απόφορτος της μπαταρίας

Σε μια μπαταρία υπάρχουν δύο ηλεκτρόδια που βυθίζονται σε ηλεκτρολύτη. Όταν συνδέεται ένα εξωτερικό φορτίο σε αυτά τα δύο ηλεκτρόδια, η αντίδραση οξείδωσης ξεκινά να συμβαίνει σε ένα ηλεκτρόδιο και ταυτόχρονα η απόξειδωση συμβαίνει στο άλλο ηλεκτρόδιο.
Το ηλεκτρόδιο, όπου συμβαίνει η οξείδωση, το πλήθος των ηλεκτρονίων γίνεται υπερβολικό. Αυτό το ηλεκτρόδιο αναφέρεται ως αρνητικό ηλεκτρόδιο ή ανόδος.

Από την άλλη, κατά την απόφορτος της μπαταρίας, το άλλο ηλεκτρόδιο συμμετέχει σε αντίδραση απόξειδωσης. Αυτό το ηλεκτρόδιο αναφέρεται ως κάθοδος. Τα ηλεκτρόνια που είναι υπερβολικά στον ανόδο, τώρα ρέουν στην κάθοδο μέσω του εξωτερικού φορτίου. Στην κάθοδο, αυτά τα ηλεκτρόνια αποδέχονται, δηλαδή το υλικό της κάθοδου συμμετέχει σε αντίδραση απόξειδωσης.
Τώρα, τα προϊόντα της αντίδρασης οξείδωσης στον ανόδο είναι θετικά ιόντα ή κατιόντα, που θα ρέουν στην κάθοδο μέσω του ηλεκτρολύτη και ταυτόχρονα, τα προϊόντα της αντίδρασης απόξειδωσης στην κάθοδο είναι αρνητικά ιόντα ή ανιόντα, που θα ρέουν στον ανόδο μέσω του ηλεκτρολύτη.
Ας πάρουμε ένα πρακτικό παράδειγμα για να εξηγήσουμε την απόφορτος της μπαταρίας. Ας θεωρήσουμε μια κελία νικελίου-καδμίου. Εδώ, το κάδμιο είναι ο ανόδος ή το αρνητικό ηλεκτρόδιο. Κατά την οξείδωση στον ανόδο, το μέταλλο κάδμιο αντιδρά με OH – ιόν και αποδίδει δύο ηλεκτρόνια και γίνεται υδροξειδώνιο κάδμιου.

Η κάθοδος αυτής της μπαταρίας είναι κατασκευασμένη από νικελικό οξυυδροξειδώνιο ή απλά νικελικό οξείδιο. Στην κάθοδο, συμβαίνει η αντίδραση απόξειδωσης και λόγω αυτής της αντίδρασης, το νικελικό οξυυδροξειδώνιο γίνεται νικελικό υδροξειδώνιο αποδεχόμενο ηλεκτρόνια.

Φόρτιση της μπαταρίας

Κατά την φόρτιση της μπαταρίας, εφαρμόζεται εξωτερική πηγή DC στη μπαταρία. Το αρνητικό άκρο της πηγής DC συνδέεται με το αρνητικό πλάκα ή ανόδο της μπαταρίας και το θετικό άκρο της πηγής συνδέεται με το θετικό πλάκα ή κάθοδο της μπαταρίας.

Τώρα, λόγω της εξωτερικής πηγής DC, τα ηλεκτρόνια θα εισαχθούν στον ανόδο. Η αντίδραση απόξειδωσης συμβαίνει στον ανόδο αντί για την κάθοδο. Στην περίπτωση της απόφορτος της μπαταρίας, η αντίδραση απόξειδωσης συμβαίνει στην κάθοδο. Λόγω αυτής της αντίδρασης, το υλικό του ανόδου θα αποκτήσει ηλεκτρόνια και θα επιστρέψει στην προηγούμενη κατάστασή του όταν η μπαταρία δεν είχε αποφορτιστεί.
Καθώς το θετικό άκρο της πηγής DC συνδέεται με την κάθοδο, τα ηλεκτρόνια αυτού του ηλεκτρόδιου θα προσελκυθούν από αυτό το θετικό άκρο της πηγής DC. Ως αποτέλεσμα, η αντίδραση οξείδωσης συμβαίνει στην κάθοδο και το υλικό της κάθοδου επιστρέφει στην προηγούμενη κατάστασή του (όταν δεν είχε αποφορτιστεί). Αυτή είναι η βασική ιδέα της φόρτισης της μπαταρίας.

Τώρα, ας πάρουμε ένα παράδειγμα αναζωογονήσιμης κελία νικελίου-καδμίου. Κατά την φόρτιση της μπαταρίας, τα αρνητικά και θετικά άκρα της πηγής DC του φορτιστή συνδέονται με τα αρνητικά και θετικά ηλεκτρόδια της μπαταρίας. Εδώ, στον ανόδο, λόγω της παρουσίας ηλεκτρονίων από το αρνητικό άκρο της DC, συμβαίνει απόξειδωση, ώστε το υδροξειδώνιο κάδμιου να γίνει ξανά κάδμιο και να αποδίδει ιόντα υδροξίδιου (OH–) στον ηλεκτρόλυτο.

Στην κάθοδο ή θετικό ηλεκτρόδιο, λόγω οξείδωσης, το νικελικό υδροξειδώνιο γίνεται νικελικό οξυυδροξειδώνιο, αποδίδοντας νερό στην λύση ηλεκτρολύτη.

Κατά την φόρτιση της μπαταρίας, η δευτερεύουσα μπαταρία επιστρέφει στην αρχική της φορτισμένη κατάσταση και είναι έτοιμη για περαιτέρω απόφορτος της μπαταρίας.

Δήλωση: Σεβαστ