Batterijwerking: Hoe werk 'n batterij?

Werkprinsipe van Batterye

'n Batterij werk op die oksidasiëring- en reduksiereaksie van 'n elektroliet met metale. Wanneer twee verskillende metalliese stowwe, bekend as elektrodes, in 'n verdunte elektroliet geplaas word, vind oksidasiëring- en reduksiereaksies plaas in die elektrodes, afhangende van die elektronaffiniteit van die metaal van die elektrodes. As gevolg van die oksidasiëringreaksie word een elektrode negatief gelaa (kathode) en as gevolg van die reduksiereaksie word 'n ander elektrode positief gelaa (anode).

Die kathode vorm die negatiewe terminal terwyl die anode die positiewe terminal van 'n batterij vorm. Om die basisprinsip van 'n batterij goed te verstaan, moet ons eers 'n basiese konsep van elektroliete en elektronaffiniteit hê. Wanneer twee verskillende metale in 'n elektroliet gedomp word, sal daar 'n potensiaalverskil tussen hierdie metale ontstaan.

Dit is gevind dat, wanneer sekere spesifieke verbindinge by water gevoeg word, hulle oplos en negatiewe en positiewe ionne produseer. Hierdie tipe verbinding word 'n elektroliet genoem. Bekende voorbeelde van elektroliete sluit byna alle soorte sout, suur en base in. Die energie wat vrygestel word tydens die aanvaarding van 'n elektron deur 'n neutrale atoom, staan bekend as elektronaffiniteit. Aangesien die atoomstruktuur vir verskillende materiaal verskil, sal die elektronaffiniteit van verskillende materiaal ook verskil.

As twee verskillende soorte metale in dieselfde elektrolietoplossing gedomp word, sal een van hulle elektrone wen en die ander sal elektrone vrygee. Welke metaal (of metalliese verbinding) elektrone sal wen en welke sal elektrone sal vrygee, hang af van die elektronaffiniteit van hierdie metale. Die metaal met lae elektronaffiniteit sal elektrone van die negatiewe ionne van die elektrolietoplossing win.

Aan die ander kant, sal die metaal met hoë elektronaffiniteit elektrone vrygee en hierdie elektrone kom in die elektrolietoplossing en word by die positiewe ionne van die oplossing gevoeg. Op hierdie manier wen een van hierdie metale elektrone en verloor 'n ander elektrone. As gevolg hiervan sal daar 'n verskil in elektronkoncentrasie tussen hierdie twee metale wees.

Hierdie verskil in elektronkoncentrasie veroorsaak 'n elektriese potensiaalverskil tussen die metale. Hierdie elektriese potensiaalverskil of emf kan gebruik word as 'n spanningsbronne in enige elektronika of elektriese sirkel. Dit is 'n algemene en basiese prinsip van 'n batterij en dit is hoe 'n batterij werk.

Al die batterielle is gebaseer op net hierdie basiese prinsip. Laat ons dit een vir een bespreek. Soos ons vroeër gesê het, het Alessandro Volta die eerste batterijeel ontwikkel, en hierdie sel is bekend as die eenvoudige voltaïeseel. Hierdie tipe eenvoudige sel kan baie maklik geskep word. Neem 'n houer en vul dit met verdunte swawelwater as die elektroliet. Domp nou 'n sink- en 'n kopperstok in die oplossing en verbind hulle buite met 'n elektriese belasting. Nou is jou eenvoudige voltaïeseel voltooi. Stroom sal begin vloei deur die buitebelasting.

Sink in 'n verdunte swawelwater gee elektrone op as volg:

Hierdie Zn + + ionne gaan in die elektroliet, en elkeen van die Zn + + ionne laat twee elektrone in die stok. As gevolg van die bovermelde oksidasiëringreaksie, bly die sink-elektrode negatief gelaa en funksioneer as 'n kathode. Gevolglik neem die koncentrasie van Zn + + ionne naby die kathode in die elektroliet toe.

Volgens die eienskap van die elektroliet, het die verdunte swawelwater en water reeds in positiewe hydroniumionne en negatiewe swawelionne verdeel soos hieronder aangedui:

Gee skynbaar aan die hoë koncentrasie van Zn+ + ionne naby die kathode, word die H3O+ ionne weggedruk na die koppelelektrode en ontlad deur elektrone van die atome van die koppestok te absorbeer. Die volgende reaksie vind plaas by die anode:

As gevolg van die reduksiereaksie wat by die koppelelektrode plaasvind, word die koppestok positief gelaa en funksioneer as 'n anode.

Daniell Seel

Die Daniell seel bestaan uit 'n koppehouer wat 'n kopperswawelwateroplossing bevat. Die koppehouer self funksioneer as die positiewe elektrode. 'n Porouse pot wat verdunte swawelwater bevat, word in die koppehouer geplaas. 'n Amalgameerde sinkstok, gedompeld in die swawelwater, funksioneer as die negatiewe elektrode.

Die verdunte swawelwater in die porouse pot reageer met sink en as gevolg daarvan word waterstof geproduseer. Die reaksie vind soos volg plaas:

Die vorming van ZnSO4 in die porouse pot het geen impak op die werking van die sel totdat kristalle van ZnSO4 afgeleë word. Die waterstogas gaan deur die porouse pot en reageer met die CuSO4 oplossing soos volg:

Kopper wat so gevorm word, word op die koppehouer afgeleë.

Geskiedenis van die Batterij

In die jaar 1936, tydens die middel van die somer, is 'n ou graf ontdek tydens die bou van 'n nuwe spoorlyn naby die stad Bagdad in Irak. Die reliwieë wat in die graf gevind is, was ongeveer 2000 jaar oud. Onder hierdie reliwieë was sommige leivats wat bo-aan met pitseelafgeslote was. 'n Ysterstok, omring deur 'n silindriese buis gemaak van 'n gewikkelde kopperse vel, het uit hierdie afgeslote bo-aange projekteer.

Toen ontdekkers hierdie potte met 'n suurige vloeistof gevul het, het hulle 'n potensiaalverskil van ongeveer 2 volt tussen die yster en kopper gevind. Hierdie leivats is verdagt as 2000-jarige batterije. Hulle het die pot as Parthise batterij genoem.

In 1786, het Luigi Galvani, 'n Italiaanse anatomist en fisioloog, verbaas toe hy gesien het dat wanneer hy dood kikkervisbenne met twee verskillende metale aangeraak het, die spiere van die bene gekontrakteer het.

Hy kon die werklike rede nie verstaan nie, anders sou hy as die eerste uitvinder van die batterijeel bekend gestaan het. Hy het gedink dat die reaksie moontlik 'n eienskap van die weefsel was.