Aku Akumulaatori tööpõhimõte: Kuidas akumulaator töötab?

Akkumulaatorite tööpõhimõte

Akkumulaator töötab elektroüde oksideerimis- ja redueerimisreaktsiooni põhjal metallidega. Kui kahe erineva metalli (nimetatakse elektrodiks) asetatakse lünestatud elektroüdikku, siis toimuvad elektrodides vastavalt metallide elektronide sidususele oksideerimis- ja redueerimisreaktsioonid. Oksideerimisreaktsiooni tulemuseks üks elektrood negatiivselt laengutuna, mida nimetatakse katoodiks, ja redueerimisreaktsiooni tulemuseks teine elektrood positiivselt laengutuna, mida nimetatakse anoodiks.

Katood moodustab akkumulaatori negatiivse terminali, samas kui anood moodustab positiivse terminali. Akkumulaatori põhipõhimõist õigeks mõistmiseks peaksime esmalt olema teadmistele elektroüdikute ja elektronide sidususe kohta. Tegelikult, kui kahte erinevat metalli imerdatakse elektroüdikku, tekib nende metallide vahel potentsiaalne erinevus.

Leiame, et kui teatud sidemed lisatakse veesse, need lahustuvad ja toodavad negatiivseid ja positiivseid ioone. Selliseid sidemeid nimetatakse elektroüdikuteks. Populaarseid elektroüdikute näiteid on peaaegu kõik liivid, hapnikud ja baasid jms. Elektroni sidusus on energia, mis vabastub neutraalse atoomi elektroni vastuvõtmisel. Kuna erinevate materjalide atoomirakendused on erinevad, siis erinevate materjalide elektronide sidusus on erinev.

Kui kahte erinevat metalli imerdatakse sama elektroüdiku lahusesse, siis üks neist saab elektrone ja teine andestab elektrone. Milline metall (või metalliline sidem) saab elektrone ja milline andestab elektrone, sõltub nende metallide elektronide sidususest. Metall, millel on madal elektronide sidusus, võtab elektrone elektroüdiku lahuse negatiivsetest ioonditest.

Teisalt, metall, millel on kõrge elektronide sidusus, andestab elektrone ja need elektronid lähevad elektroüdiku lahusesse ja lisanduvad lahuse positiivsetele ioonditele. Sellisel viisil saab üks nendest metallidest elektrone ja teine andestab elektrone. Tulemuseks tekib nende kahe metalli vahel elektronide koncentratsiooni erinevus.

See elektronide koncentratsiooni erinevus tekitab nende metallide vahel elektrilise potentsiaalsete erinevuse. See elektrilise potentsiaalsete erinevus või emf saab kasutada kui pingevooru allikana elektronikas või elektrilises ringis. See on üldine ja põhiline akkumulaatori põhimõte ja see on nii, kuidas akkumulaator töötab.

Kõik akkumulaatoritesed elemendid põhinevad sellel põhipõhimõistel. Arutagem neid ükshaaval. Nagu me varem ütlesime, arendas Alessandro Volta esimest akkumulaatorelemendi, mida tuntakse lihtsalt voltaikse elemendina. Seda lihtsat elementi saab väga lihtsalt luua. Võtke üks konteiner ja täitke seda lünestatud sülvandihaapidiga kui elektroüdikuna. Nüüd immerdaame ühe sinki ja ühe rauarünga lahusesse ja ühendame need väljaspool elektrilise laadi kaudu. Nüüd on sinu lihtne voltaik element valmis. Vool hakkab liikuma väljaspoolise laadi kaudu.

Sink lünestatud sülvandihaapidis andestab elektrone järgmiselt:

Need Zn + + ioonid lähevad elektroüdikku ja igal Zn + + ioonil jäävad kaks elektroni paale. Järgmise oksideerimisreaktsiooni tulemuseks jääb sinkielektrood negatiivselt laengutuna ja seega toimib see kui katood. Seetõttu suureneb sinkikatoodi lähedal elektroüdikus Zn + + ioonide koncentratsioon.

Elektroüdiku omaduse kohaselt on lünestatud sülvandihaapid ja vesi juba disosieerunud positiivseteks hidroniumioonideks ja negatiivseteks sülvandihaapidioonideks järgmiselt:

Kuna Zn+ + ioonide konsentratsioon on suur sinkikatoodi lähedal, H3O+ ioonid tõmbuvad rauarüngaelektroodi poole ja lastakse lahti, absorbides elektrone rauarüngapaali atomidelt. Anoodis toimub järgmine reaktsioon:

Redueerimisreaktsiooni tulemuseks, mis toimub rauarüngaelektroodis, jääb rauarüngapaal positiivselt laengutuna ja seega toimib see kui anood.

Danielli element

Danielli element koosneb rauarüngapoolikust, mis sisaldab rauarüngasuulfatide lahust. Rauarüngapoolik ise toimib positiivse elektroodina. Porose konteiner, mis sisaldab lünestatud sülvandihaapidit, on paigutatud rauarüngapooliku sisse. Amalgameeritud sinkipaali, mis on imerdatud sülvandihaapidisse, toimib negatiivse elektroodina.

Lünestatud sülvandihaapid porose konteineris reageerib sinkiga ja tulemuseks saab vesiniku. Reaktsioon toimub järgmiselt:

ZnSO4 vormimine porose konteineris ei mõjuta elementi tööd, kuni ZnSO4 kristallid depositsit. Vesinikkasvatus läbib porose konteineri ja reageerib CuSO4 lahust järgmiselt:

Näiteks tekkinud rauarüng deponiteeritakse rauarüngapoolikus.

Akkumulaatori ajalugu

Aastal 1936 keskel suvet avastati elevantide haud Bagdadis Iraagis uue raudteejoone ehitamise ajal. Haudes leitud esemed olid umbes 2000 aastat vana. Need esemed hõlmasid savikarusid, millel oli tipus terasväli, mille ümber oli kleepitud kupariplaat. Karude tipus oli savipuudust, millest tõusis välja terasväli.

Kui avastajad nende karude täitisid hapnikuaine, leidsid nad umbes 2 volti potentsiaalset erinevust terase ja kupari vahel. Need savikarud kahtlustati olevat 2000-aastased akkumulaatorelemendid. Nad nimetasid karu Partia akkumulaatoriks.

Aastal 1786, Itaalia anatomi ja füsioloogi Luigi Galvani sai üllatust, kui ta puutus surma sammukate jalga kahede erinevate metallidega, sammuka jalga lihased kokkusurrusid.

Ta ei saanud aru tegelikku põhjust, muidu oleks ta tundunud esimese akkumulaatorelemendi leiutajana. Ta arvas, et reaktsioon võib olla tingitud tõmmaste omadustest.