Bataryanın İşləmə Prinsipi: Batarya Nəzərdən Nə Kİmİ?

Batareya işləmə prinsipi

Batareya, elektrolit və metallerin oksidasiya və reduksiya reaksiyasına əsaslanır. İki müxtəlif metalik maddə, elektrod adlananlar, zəif şəkildə sulu bir elektrolitdə yerləşdirildikdə, bu elektrodlarda sırasıyla metalın elektron cəlb etmə qabiliyyətinə əsasən oksidasiya və reduksiya reaksiyaları baş verir. Oksidasiya reaksiyasının nəticəsində bir elektrod mənfi yüklənir (katod) və reduksiya reaksiyasının nəticəsində digər elektrod müsbət yüklənir (anod).

Katod batareyanın mənfi terminalını, anod isə müsbət terminalını təşkil edir. Batareya əsas prinsipini düzgün anlamaq üçün, öncə elektrolitlər və elektron cəlb etmə qabiliyyəti haqqında bazisdən bilik sahibi olmalıyıq. Aslında, iki müxtəlif metal bir elektrolitdə qaldığda, bu metallar arasına potensial fərq yaranır.

Bəzi xüsusi maddələrin suya əlavə edilməsi nəticəsində onlar çözülür və mənfi və müsbət ionlar yaratır. Bu növ maddələr elektrolit adlanır. Elektrolitlərin populyar nümunələri həmçinin dillər, asidlər və bazislər kimi nisbətən bütün tiplərdədir. Neutral atomun elektron qəbul etməsi zamanı buraxılan enerji elektron cəlb etmə qabiliyyəti kimi tanınır. Fərqli materialların atom strukturu fərqli olduğu üçün, fərqli materialların elektron cəlb etmə qabiliyyəti də fərqlənir.

İki müxtəlif metal eyni elektrolit çöldə qaldığda, biri elektron qəbul edir, digəri isə elektron buraxır. Hangi metal (və ya metalik maddə) elektron qəbul edəcək və hangisi elektron buraxacaq, bu metalların elektron cəlb etmə qabiliyyətinə bağlıdır. Aşağı elektron cəlb etmə qabiliyyətli metal, elektrolit çöldən mənfi ionlardan elektron qəbul edəcəkdir.

Digər tərəfdən, yüksək elektron cəlb etmə qabiliyyətli metal elektron buraxır və bu elektronlar elektrolit çöldən çıxaraq pozitiv ionlara əlavə olunur. Beləliklə, bu metallardan biri elektron qəbul edir, digəri isə elektron buraxır. Nəticədə, bu iki metal arasında elektron koncentrasiyasında fərq yaranır.

Bu elektron koncentrasiyasındaki fərq, metallar arasına elektrik potensial fərqi yaratır. Bu elektrik potensial fərqi və ya EMF, elektronika və ya elektrik şəbəkəsində voltaj mənbəyi kimi istifadə edilə bilər. Bu, batareya əsas prinsipi və batareya necə işlədiyidir.

Bütün batareya hücləri yalnız bu əsas prinsiplə əsaslanır. Bir-birini izləyərək danışaq. Daha əvvəl deyildiyimiz kimi, Alessandro Volta ilk batareya hücnü inkişa etdi və bu hücnü sadə voltaik hücnü kimi məşhurdur. Bu növ sadə hücnü əslində çox asan olaraq yaradıla bilər. Bir konteyner götürüb, onu zəif sülfat elektroliti ilə doldurun. İndi bu çöldə bir sink və bir mis rodunu batırın və onları xarici elektrik yükü ilə birləşdirin. İndi sadə voltaik hücnüz tamamlandı. Xarici yük üzərindən elektrik akımı axmağa başlayacaq.

Zink zəif sülfat elektrolitindən elektron buraxır:

Bu Zn + + ionları elektrolitə keçir, və hər bir Zn + + ionu roddan iki elektron buraxır. Yuxarıdakı oksidasiya reaksiyasının nəticəsində, zink elektrodu mənfi yüklənir və katod kimi funksion edir. Bunun nəticəsində, elektrolitdə katod yaxınlığında Zn + + ionlarının koncentrasiyası artır.

Elektrolitin xassəsinə görə, zəif sülfat və su artıq müsbət hidronyum ionlarına və mənfi sülfat ionlarına ayrılır:

Katod yaxınlığında yüksək Zn+ + ion koncentrasiyası nəticəsində, H3O+ ionları mis elektroduna doğru itilir və mis roddan elektron qəbul edərək deaktiv edilir. Anodda aşağıdakı reaksiya baş verir:

Mis elektrodunda baş verən reduksiya reaksiyasının nəticəsində, mis rodu müsbət yüklənir və anod kimi funksion edir.

Daniell Hücnü

Daniell hücnü mis sülfat çölünü içərisində saxlayan mis kapından ibarətdir. Mis kap özü müsbət elektrod kimi funksion edir. Zəif sülfat elektroliti ilə doldurulmuş porlu bir qabı, mis kapına yerləşdirilir. Amalgamlanmış zink rod, sülfat elektrolitində batırılıb, mənfi elektrod kimi funksion edir.

Porlu qabıdaki zəif sülfat elektroliti zink ilə reaksiya edir və hidrogen buraxılır. Reaksiya aşağıdakı kimi baş verir:

Porlu qabıda ZnSO4 formalaşması hücnünün işləməsinə təsir edir, amma ZnSO4 kristallarının endirməsi qədər. Hidrogen gazı porlu qabıdan keçir və CuSO4 çölü ilə reaksiya edir:

Yaradılan mis mis kapına endirilir.

Batareyanın Tarixi

1936-cı ildə yaz ortasında, Irakda Bagdad şəhərinin yaxınlığında yeni demiryolu liniyasının tikintisi zamanı bir qədim kabir tapıldı. Bu kabirdəki əşyalar təxminən 2000 illikdi. Bu əşyalar arasındaydı ki, üstündə pitch ile bağlanmış quru səpilər var idi. Bu bağlanmış üstündən bir demir çubuk, qovluq mis plakadan hazırlanmış silindrik tübdən dışarı çıxırdı.

Aşkar edicilər bu qabıları asitli sıvı ilə doldurduqda, demir və mis arasına təxminən 2 volt potensial fərq tapdılar. Bu quru səpiller 2000 illik batareya hücnü kimi şübhələndi. Onlar bu qabı Partiya hücnü adlandırıblar.

1786-cı ildə, İtaliya anatomi və fiziołojiyyatçı Luigi Galvani, ölü kurbağa ayaklarını iki fərqli metal ilə toxuduğunda, ayakların muskullarının qısılmasını görərək şaibələndi.

O, faktiki səbəbin anlamına nail olmayıb, əksər batareya hücnünün ilk icadçısı kimi tanınırdı. O, reaksiyanın təbii xassələrinə bağlı olduğunu düşünürdü.