Bateria-ren funtzionamendua: Nola dute bateria bat lan egiten?

Bateriaaren funtzionamendua

Bateria bat elektrolitiko baten eta metalen arteko oksidazio eta reduzio erreakzioan oinarritzen da. Bi metaletako desberdintasunak, elektrodo deiturikoak, elektrolitiko dilutatu batean kokatzean, elektrodo horiek oso modu desberdinetan oksidazio eta reduzio erreakzioak egin dute, metalen elektron-enpapenaren araberakoa izanik. Oksidazio erreakzionaren ondorioz, elektrodo bat negatiboki kargatzen da, katodo deritzona, eta reduzio erreakzionaren ondorioz, beste elektrodo bat positiboki kargatzen da, anodo deritzona.

Katodoak bateriaren terminala negatiboa osatzen du, eta anodoak terminala positiboa. Bateriaaren oinarriko printzipioa ulertzeko, lehenengo elektrolitiko eta elektron-enpapenen kontzeptu oinarrizkoak eduki behar ditugu. Benetan, bi metaletako desberdintasuna elektrolitiko batean zeharkatzen denean, potentzial-diferentzia sortuko da metale horien artean.

Ikus daiteke, ura gehiago zenbait konposatuekin bat egiten dutenean, horiek disolatzen dira eta ion negatibo eta positiboak sortzen dituzte. Konposatu hauetako mota elektrolitiko deitzen zaie. Elektrolitiko ohikoenak salgai guztiak, azidoak eta baseak dira. Atomu neutrale bat elektron bat hartzean askatzen duen energia elektron-enpapena da. Atomu estruktura material desberdinetarako desberdina denez, material desberdinen elektron-enpapena ere desberdina izango da.

Bi metal desberdinak elektrolitiko soluzio berean iturritzen badira, bat elektronak hartzen ditu eta bestea elektronak ematen ditu. Zein metal (edo metal-konposatu) elektronak hartzen dituen eta zein elektronak ematen dituen, elektron-enpapenaren arabera mugatzen da. Elektron-enpapena txikiagokoa duen metalak elektronak elektrolitiko soluziotik hartzen ditu.

Alde batera, elektron-enpapena handiagokoa duen metalak elektronak ematen ditu eta elektron hauek elektrolitiko soluziora sartzen dira eta soluzioko ion positiboei gehitzen zaizkie. Modu honetan, bata haien artean elektronak hartzen ditu eta bestea elektronak ematen ditu. Honek elektron-kopuruaren desberdintasuna sor dezake metale horietan.

Elektron-kopuruaren desberdintasun honek elektrikoa potentzial-diferentzia sortzen du metaleen artean. Potentzial-diferentzia elektrikoa hau edo fme elektronika edo elektrikoaren tentsio-iturburu gisa erabil daiteke. Hau bateriaaren oinarriko printzipioa da eta hau da nola funtzionatzen duen bateria.

Bateria zelula guztiak oinarriko printzipio honetan oinarrituta daude. Alejandror Volta bateria zelula lehena garatu zuen, eta zelula hau volta zelula sinplea bezala ezagutarazten da. Zelula hau erraza da sortzeko. Kontainerru bat hartu, eta barreiatu azidosulfurikoa elektrolitiko gisa. Orain, zink bat eta kopur bat iturri eta kanpo lotu. Orduan zure volta zelula sinplea amaituta dago. Karga elektrikoa hasiko da kanpo loturan.

Zinka azidosulfurikodiluatuan elektronak eman ditu hurrengo moduan:

Zn + + ion hauek elektrolitikoan pasatzen dira, eta Zn + + ion bakoitzak elektron bi elektrorrodan utzi ditu. Goiko oksidazio erreakzionaren ondorioz, zink elektrodea negatiboki kargatuta geratzen da eta beraz katodo gisa jarduten du. Horrek Zn + + ionen kontzentrazioa katodon inguruan elektrolitikoan handitzen du.

Elektrolitikoaren propietatearen arabera, azidosulfurikoa eta ura positiboak eta negatiboak diren ionak sortzen dituzte, hurrengo moduan:

Zn+ + ionen kontzentrazio handia katodon inguruan dagoenez, H3O+ ionak kopur elektroderantz zuzendu eta elektronak hartzen dituzte kopur roddun atomuetatik. Anodoan hurrengo erreakzioa gertatzen da:

Kopur elektrodean gertatzen den reduzio erreakzionaren ondorioz, kopur rodda positiboki kargatuta geratzen da eta beraz anodo gisa jarduten du.

Daniell zelula

Daniell zelula kopurra ospaketa bat da, kopur sulfato soluzioarekin beteta. Kopur ospaketa elektrode positiboa da. Porozitatea duen potila bat, azidosulfurikodiluatua dituena, kopur ospaketan kokatzen da. Amalgamatutako zink rodda bat, azidosulfurikodiluatuan iturrita, elektrode negatiboa da.

Porozitatea duen potilan azidosulfurikodiluatua zinkarekin reaktatzen da, eta hondarrez hidrogen sortzen da. Erreakzioa hurrengo moduan gertatzen da:

ZnSO4-ren formaketa porozitatea duen potilan ez du inplikatzen zelularen lanerik, ZnSO4 kristalak depositatuta gero. Hidrogen gasa porozitatea duen potilan zeharkatzen du eta CuSO4 soluzioarekin reaktatzen da hurrengo moduan:

Sortutako kopurra kopur ospaketan depositatzen da.

Bateriaaren historia

1936ean, irakasunaren erdigunean, Bagdad hirian Irak-n, trenbide berri bat eraikitzeko lana egiten ari ziren bitartean, lehenengo toki antzinako bat aurkitu zuten. Tokean aurkitutako artefactuak 2000 urteko ziren. Artefactuetan, argilo jarraitu bat zegoen, goialdean pitxa batekin itsatuta. Pitxa horretan, kopur lanak eta zink lanak dituen silindro zirkular bat zegoen.

Aurkitzaileek jarraituak asidulu bat bete ondoren, 2 voltako potentzial-diferentzia bat aurkitu zuten zink eta kopuren artean. Argilo jarraitu horiek 2000 urteko bateria zelula gisa kontsideratu ziren. Jarraitu horiei Partiko bateria esan zieten.

1786an, Luigi Galvani, italiar anatomista eta fisiologo bat, haurrigo frog-biku bat bi metal desberdinekin ukitzean, biku horien muskuluak kontratzen zituela ikusi zuen.

Ez zuen ulertzeko arrazoia egokia, bestela bateria zelularen lehenengo garatzailea izango zen. Uste zuen erreakzioa tissueen ezaugarri bat dela.

Geroago, Alessandro Volta frog-bikuak ordez, kartulak salgaiarekin sosekatuta, berdintsu batean bi metal desberdinen artean kokatzean,