Ładowanie baterii i rozładowywanie baterii

Zanim przejdziemy do szczegółów tego tematu, czyli ładowania i rozładowywania baterii, najpierw spróbujemy zrozumieć, co to jest utlenianie i redukcja. Ponieważ, baterie są ładowane lub rozładowywane w wyniku reakcji utleniających i redukujących.
Aby zrozumieć teorię utleniania i redukcji, możemy bezpośrednio przejść do przykładu reakcji chemicznej. Rozważmy reakcję między cynkiem a chlor.

W powyższej reakcji cynk (Zn) najpierw oddaje dwa elektrony i staje się jonami dodatnimi.

Tutaj każdy atom chloru akceptuje jeden elektron i staje się jonem ujemnym.

Teraz, te dwa naładowane jony o przeciwnych ładunkach łączą się, tworząc chlorowodór cynku (ZnCl2)
W tej reakcji, ponieważ cynk oddaje elektrony, jest utleniany, a chlor akceptuje elektrony, więc jest redukowany.
Gdy atom oddaje elektrony, jego liczba utlenienia wzrasta. W naszym przykładzie liczba utlenienia cynku zwiększa się z 0 do +2. Ponieważ liczba utlenienia wzrasta, ta część reakcji nazywana jest reakcją utleniającą. Z drugiej strony, gdy atom akceptuje elektrony, jego ujemna liczba utlenienia wzrasta, co oznacza, że liczba utlenienia atomu maleje w stosunku do zera. Ponieważ liczba utlenienia maleje lub jest redukowana, ta część reakcji nazywana jest reakcją redukującą.

Rozładowywanie baterii

W baterii znajduje się dwie elektrody zanurzone w elektrolicie. Gdy do tych dwóch elektrod podłączony jest zewnętrzny obciążnik, reakcja utleniająca zaczyna zachodzić na jednej elektrodzie, a jednocześnie reakcja redukująca zachodzi na drugiej elektrodzie.
Elektroda, gdzie zachodzi utlenianie, ma nadmiar elektronów. Ta elektroda nazywana jest elektrodą ujemną lub anodą.

Z drugiej strony, podczas rozładowywania baterii, druga elektroda bierze udział w reakcji redukującej. Ta elektroda nazywana jest katodą. Elektrony, które są nadmiarowe w anodzie, teraz przepływają do katody przez zewnętrzny obciążnik. W katodzie te elektrony są akceptowane, co oznacza, że materiał katody bierze udział w reakcji redukującej.
Produkty reakcji utleniającej w anodzie to jony dodatnie lub kationy, które przepływają do katody przez elektrolit, a jednocześnie produkty reakcji redukującej w katodzie to jony ujemne lub aniony, które przepływają do anody przez elektrolit.
Weźmy praktyczny przykład ilustrujący rozładowanie baterii. Rozważmy komórkę niklu-kadmową. Tutaj, kadmiem jest anoda lub elektroda ujemna. Podczas utleniania w anodzie metal kadmu reaguje z OH – i wydzielając dwa elektrony, staje się hydroksydem kadmu.

Katoda tej baterii jest wykonana z oksyhdroksytu niklu lub po prostu z tlenku niklu. W katodzie zachodzi reakcja redukująca, w wyniku której oksyhdroksyt niklu staje się hydroksydem niklu poprzez akceptację elektronów.

Ładowanie baterii

Podczas ładowania baterii, do baterii podłączany jest zewnętrzny źródło DC. Ujemny terminal źródła DC jest podłączony do ujemnej płytki lub anody baterii, a dodatni terminal źródła jest podłączony do dodatniej płytki lub katody baterii.

Teraz, dzięki zewnętrznemu źródłu DC, elektrony będą wprowadzane do anody. Reakcja redukująca zachodzi w anodzie zamiast w katodzie. Faktycznie, w przypadku rozładowywania baterii, reakcja redukująca zachodzi w katodzie. Dzięki tej reakcji redukującej, materiał anody odzyska elektrony i wróci do swojego pierwotnego stanu, gdy bateria nie była rozładowana.
Ponieważ dodatni terminal źródła DC jest podłączony do katody, elektrony tej elektrody zostaną przyciągnięte przez ten dodatni terminal źródła DC. W rezultacie zachodzi reakcja utleniająca w katodzie, a materiał katody odzyskuje swój pierwotny stan (gdy nie był rozładowany). To jest ogólny podstawowy mechanizm ładowania baterii.

Weźmy przykład naładowalnej komórki niklu-kadmowej. Podczas ładowania baterii, ujemny i dodatni terminal ładowarki DC są podłączone do ujemnej i dodatniej elektrody baterii. Tutaj, w anodzie, w wyniku obecności elektronów z ujemnego terminala DC, zachodzi reakcja redukująca, w wyniku której hydroksyd kadmu ponownie staje się czystym kadmem i wydziela jony hydroksylowe (OH–) do elektrolitu.

W katodzie lub dodatniej elektrodzie, w wyniku utleniania, hydroksyd niklu staje się oksyhdroksyt niklu, wydzielając wodę do roztworu elektrolitu.

Podczas ładowania baterii, bateria wtórna wraca do swojego pierwotnego naładowanego stanu i jest gotowa do dalszego rozładowywania.

Oświadczenie: Szacunek dla oryginału, dobre artykuły są warte udostępnienia, jeśli występuje naruszenie praw autorskich, prosimy o kontakt w celu usunięcia.