Принцип на работа на батерията: Как работи батерията?

Принцип на действие на батерията

Батерията работи чрез окислителни и възстановителни реакции на електролит с метали. Когато два различни метални вещества, наречени електроди, се поставят в разреден електролит, окислителните и възстановителните реакции се извършват в електродите, според електронната афиноситет на металите. В резултат на окислителната реакция един електрод се зарежда отрицателно, наречен катод, а в резултат на възстановителната реакция друг електрод се зарежда положително, наречен анод.

Катодът формира отрицателния полюс, докато анодът формира положителния полюс на батерията. За да разберем основния принцип на батерията правилно, първо трябва да имаме някакви основни понятия за електролитите и електронната афиноситет. Всъщност, когато два различни метала се потопят в електролит, ще се появи потенциална разлика между тези метали.

Установено е, че, когато някои специфични съединения се добавят към водата, те се разтворяват и произвеждат отрицателни и положителни йони. Този вид съединение се нарича електролит. Популярни примери за електролити са почти всички видове соли, киселини и бази и т.н. Енергията, освободена при приемане на електрон от неутрален атом, се нарича електронна афиноситет. Тъй като атомната структура за различни материали е различна, електронната афиноситет на различните материали ще се различава.

Ако два различни вида метали се потопят в едно и също електролитно решение, един от тях ще получи електрони, а другият ще ги изпусне. Кой метал (или метално съединение) ще получи електрони, а кой ще ги изгуби, зависи от електронната афиноситет на тези метали. Металът с ниска електронна афиноситет ще получи електрони от отрицателните йони на електролитното решение.

От друга страна, металът с висока електронна афиноситет ще изпусне електрони и тези електрони ще излязат в електролитното решение и ще се добавят към положителните йони на решениято. По този начин, един от тези метали получава електрони, а другият ги губи. В резултат, ще има разлика в концентрацията на електрони между тези два метала.

Тази разлика в концентрацията на електрони причинява електрическа потенциална разлика между металите. Тази електрическа потенциална разлика или електромоторна сила може да бъде използвана като източник на напрежение във всяка електроника или електрическа верига. Това е общ и основен принцип на батерията и така работи батерията.

Всички батерийни клетки са основани само на този основен принцип. Нека обсъдим една по една. Както казахме по-рано, Алессандро Волта разработи първата батерийна клетка, и тази клетка е известна като проста волтов клетка. Този тип проста клетка може лесно да бъде създадена. Вземете една контейнера и я напълнете с разредена сярна киселина като електролит. Сега потопете един цинков и един меден прът в решението и ги свържете външно чрез електрическа нагрузка. Сега вашата проста волтова клетка е завършена. Струята ще започне да протича през външната нагрузка.

Цинкът в разредена сярна киселина дава електрони както следва:

Тези Zn + + йони преминават в електролита, и всеки от Zn + + йоните оставя два електрона в пръта. В резултат на горната окислителна реакция, цинковият електрод остава отрицателно зареден и действа като катод. Следователно, концентрацията на Zn + + йони близо до катода в електролита се увеличава.

Според свойствата на електролита, разредената сярна киселина и водата вече са се разпаднали на положителни хидрониеви йони и отрицателни сулфатни йони както следва:

В резултат на високата концентрация на Zn+ + йони близо до катода, H3O+ йоните се отблъскват към медния електрод и се разтоварват, абсорбирайки електрони от атомите на медния прът. Следната реакция се извършва в анода:

В резултат на възстановителната реакция, която се извършва в медния електрод, медният прът се зарежда положително и действа като анод.

Даниел клетка

Даниел клетка се състои от меден съд, съдържащ меден сулфат. Самият меден съд действа като положителен електрод. Пориста глина, съдържаща разредена сярна киселина, се поставя в медния съд. Амалгамиран цинков прът, потопен във сярната киселина, действа като отрицателен електрод.

Разредената сярна киселина в пористата глина реагира с цинк и като резултат водородът се развиват. Реакцията се извършва както следва:

Формирането на ZnSO4 в пористата глина не влияе на работата на клетката, докато кристалите на ZnSO4 не се депонират. Водородният газ преминава през пористата глина и реагира с CuSO4 раствор както следва:

Образуваната мед се депонира в медния съд.

История на батерията

През 1936 година, по средата на лятото, древен гроб е открит по време на строежа на нова железопътна линия близо до град Багдад в Ирак. Реликвиите, намерени в този гроб, са на около 2000 години. Сред тези реликвии имаше няколко глинени гърнета, запечатани с пич. Желязен прът, обкръжен от цилиндричен тубус, направен от опакована медна плака, се издаваше от това запечатано горе.

Когато откривателите напълнят тези гърнета с кисела течност, те установиха потенциална разлика от около 2 волта между желязото и медта. Тези глинени гърнета бяха подозирани, че са 2000-годишни батерийни клетки. Те нарекоха гърнето Партска батерия.

През 1786 година, Луиджи Галвани, италиански анатом и физиолог, беше изненадан, когато установи, че когато докосне мъртвите крака на жаба с два различни метала, мускулите на краката се събират.