شارژ باتری و دیشارژ باتری

قبل ورود به جزئیات این موضوع یعنی شارژ و دیشارژ باتری، ابتدا سعی خواهیم کرد تا درک کنیم اکسیداسیون و ردوکسیون چیست. زیرا، باتری به دلیل واکنش‌های اکسیداسیون و ردوکسیون شارژ یا دیشارژ می‌شود.
برای درک نظریه اکسیداسیون و ردوکسیون، می‌توانیم مستقیماً به یک مثال از واکنش شیمیایی برگردیم. فرض کنید واکنش بین فلز روی و کلر را در نظر بگیریم.

در این واکنش، روی (Zn) ابتدا دو الکترون را تسلیم می‌کند و به یون‌های مثبت تبدیل می‌شود.

در اینجا هر اتم کلر یک الکترون می‌پذیرد و به یون منفی تبدیل می‌شود.

حالا، این دو یون با بارهای مخالف با یکدیگر ترکیب می‌شوند تا کلروئید روی (ZnCl2) تشکیل دهند.
در این واکنش، چون روی الکترون‌ها را تسلیم می‌کند، اکسید می‌شود و کلر چون الکترون‌ها را می‌پذیرد، کاهش می‌یابد.
وقتی یک اتم الکترون می‌دهد، عدد اکسیداسیون آن افزایش می‌یابد. در مثال ما، عدد اکسیداسیون روی از ۰ به +۲ می‌رسد. چون عدد اکسیداسیون افزایش می‌یابد، این بخش از واکنش را واکنش اکسیداسیون می‌نامند. از طرف دیگر، وقتی یک اتم الکترون می‌پذیرد، عدد اکسیداسیون منفی آن افزایش می‌یابد، که به معنای کاهش عدد اکسیداسیون اتم نسبت به مرجع صفر است. چون عدد اکسیداسیون کاهش یافته یا کاهش یافته است، این بخش از واکنش را واکنش کاهش می‌نامند.

دیشارژ باتری

در یک باتری دو الکترود در الکترولیت غوطه‌ور هستند. وقتی یک بار خارجی به این دو الکترود متصل می‌شود، واکنش اکسیداسیون در یک الکترود و در عین حال واکنش کاهش در الکترود دیگر شروع می‌شود.
الکترودی که در آن واکنش اکسیداسیون رخ می‌دهد، تعداد الکترون‌ها اضافه می‌شود. این الکترود را الکترود منفی یا آند می‌نامند.

از طرف دیگر در دیشارژ باتری، الکترود دیگر در واکنش کاهش شرکت می‌کند. این الکترود را کاتد می‌نامند. الکترون‌های اضافه در آند اکنون از طریق بار خارجی به کاتد می‌روند. در کاتد این الکترون‌ها پذیرفته می‌شوند، یعنی ماده کاتد در واکنش کاهش شرکت می‌کند.
حالا محصولات واکنش اکسیداسیون در آند یون‌های مثبت یا کاتیون‌ها هستند که از طریق الکترولیت به کاتد می‌روند و در عین حال، محصولات واکنش کاهش در کاتد یون‌های منفی یا آنیون‌ها هستند که از طریق الکترولیت به آند می‌روند.
بیایید یک مثال عملی برای توضیح دیشارژ باتری در نظر بگیریم. فرض کنید یک سلول نیکل کادمیوم را در نظر بگیریم. در اینجا کادمیوم آند یا الکترود منفی است. در اکسیداسیون آند کادمیوم فلز با یون OH – واکنش دارد و دو الکترون آزاد می‌کند و به هیدروکسید کادمیوم تبدیل می‌شود.

کاتد این باتری از هیدروکسید اکسید نیکل یا به سادگی اکسید نیکل ساخته شده است. در کاتد، واکنش کاهش رخ می‌دهد و به دلیل این واکنش کاهش، هیدروکسید اکسید نیکل با پذیرش الکترون‌ها به هیدروکسید نیکل تبدیل می‌شود.

شارژ باتری

در شارژ باتری، یک منبع DC خارجی به باتری اعمال می‌شود. ترمینال منفی منبع DC به صفحه منفی یا آند باتری و ترمینال مثبت منبع به صفحه مثبت یا کاتد باتری متصل می‌شود.

حالا، به دلیل منبع DC خارجی، الکترون‌ها به آند تزریق می‌شوند. واکنش کاهش در آند به جای کاتد رخ می‌دهد. در واقع در مورد دیشارژ باتری، واکنش کاهش در کاتد رخ می‌دهد. به دلیل این واکنش کاهش، ماده آند الکترون‌ها را باز می‌گیرد و به حالت قبلی خود (وقتی که باتری دیشارژ نشده بود) بازمی‌گردد.
چون ترمینال مثبت منبع DC به کاتد متصل است، الکترون‌های این الکترود توسط ترمینال مثبت منبع جذب می‌شوند. به عنوان نتیجه، واکنش اکسیداسیون در کاتد رخ می‌دهد و ماده کاتد به حالت قبلی خود (وقتی که دیشارژ نشده بود) بازمی‌گردد. این اساس کلی شارژ باتری است.

حالا یک مثال از سلول قابل شارژ نیکل کادمیوم را در نظر بگیرید. در شارژ باتری، ترمینال‌های منفی و مثبت منبع شارژ DC به الکترودهای منفی و مثبت باتری متصل می‌شوند. در اینجا در آند، به دلیل وجود الکترون‌ها از ترمینال منفی DC، واکنش کاهش رخ می‌دهد که در نتیجه هیدروکسید کادمیوم دوباره به کادمیوم خام تبدیل می‌شود و یون‌های هیدروکسید (OH–) را به الکترولیت آزاد می‌کند.

در کاتد یا الکترود مثبت، به دلیل اکسیداسیون، هیدروکسید نیکل به هیدروکسید اکسید نیکل تبدیل می‌شود و آب را در محلول الکترولیت آزاد می‌کند.

در شارژ باتری، باتری ثانویه به حالت شارژ اولیه خود بازمی‌گردد و آماده برای دیشارژ باتری مجدد می‌شود.

بیانیه: احترام به اصلی، مقالات خوبی که ارزش به اشتراک گذاشتن دارند، اگر نقض حق نشر وجود دارد لطفاً تماس بگیرید تا حذف شود.