Principio de funcionamento da batería: Como funciona unha batería?

Principio de funcionamento da batería

A batería funciona sobre a reacción de oxidación e redución dun electrólito con metais. Cando se colocan dous metais disímiles, chamados electrodos, nun electrólito diluído, teñen lugar as reaccións de oxidación e redución nos electrodos respectivamente, dependendo da afinidade electrónica do metal dos electrodos. Como resultado da reacción de oxidación, un electrodo queda cargado negativamente, chamado catodo, e debido á reacción de redución, outro electrodo queda cargado positivamente, chamado ánodo.

O catodo forma o terminal negativo mentres que o ánodo forma o terminal positivo dunha batería. Para entender correctamente o principio básico da batería, primeiro, debemos ter algunha noción básica de electrólitos e afinidade electrónica. En realidade, cando se mergulen dous metais disímiles nun electrólito, xerarase unha diferenza de potencial entre estes metais.

Descubriuse que, cando se engaden certos compósitos á auga, dissólvense e producen íons negativos e positivos. Este tipo de compósito chámase electrólito. Os exemplos populares de electrólitos son case todos os tipos de sais, ácidos e bases, etc. A enerxía liberada durante a aceptación dun electrón por un átomo neutro coñécese como afinidade electrónica. Como a estrutura atómica para diferentes materiais é diferente, a afinidade electrónica de diferentes materiais será diferente.

Se se mergulen dous tipos diferentes de metais na mesma solución de electrólito, un deles gañará eléctrons e o outro librará eléctrons. Que metal (ou composto metálico) gañará eléctrons e que perderá, depende da afinidade electrónica destes metais. O metal con baixa afinidade electrónica gañará eléctrons dos íons negativos da solución de electrólito.

Por outro lado, o metal con alta afinidade electrónica librará eléctrons e estes eléctrons sairán á solución de electrólito e súmanse aos íons positivos da solución. Desta maneira, un destes metais gaña eléctrons e outro perde. Como resultado, haxa unha diferenza na concentración de eléctrons entre estes dous metais.

Esta diferenza na concentración de eléctrons causa unha diferenza de potencial eléctrico desenvolvida entre os metais. Esta diferenza de potencial eléctrico ou feme pode ser utilizada como unha fonte de voltaxe en calquera electrónica ou circuíto eléctrico. Este é un principio xeral e básico da batería e así é como funciona a batería.

Todas as células de batería baseanse só neste principio básico. Vamos discutilo unha por unha. Como dixemos antes, Alessandro Volta desenvolveu a primeira célula de batería, e esta célula é popularmente coñecida como a simple célula voltaica. Este tipo de célula simple pódese crear moi facilmente. Toma un recipiente e encheo con ácido sulfúrico diluído como electrólito. Agora mergullemos unha barra de zinco e unha barra de cobre na solución e conectémolas externamente por unha carga eléctrica. Agora a túa célula voltaica simple está completada. A corrente comezará a fluir a través da carga externa.

O zinco nun ácido sulfúrico diluído libera eléctrons como a continuación:

Estes Zn + + íons pasan ao electrólito, e cada un dos Zn + + íons deixan dous eléctrons na barra. Como resultado da reacción de oxidación anterior, o electrodo de zinco queda cargado negativamente e, polo tanto, actúa como catodo. Consecuentemente, a concentración de Zn + + íons cerca do catodo no electrólito aumenta.

Segundo a propiedade do electrólito, o ácido sulfúrico diluído e a auga xa se dissociaron en íons hidronio positivos e íons sulfato negativos como a continuación:

Debido á alta concentración de Zn+ + íons cerca do catodo, os H3O+ íons son repelidos cara ao electrodo de cobre e descargados ao absorber eléctrons dos átomos da barra de cobre. A seguinte reacción ten lugar no ánodo:

Como resultado da reacción de redución que ten lugar no electrodo de cobre, a barra de cobre queda cargada positivamente e, polo tanto, actúa como ánodo.

Célula Daniell

A célula Daniell consiste nun recipiente de cobre que contén unha solución de sulfato de cobre. O propio recipiente de cobre actúa como electrodo positivo. Unha vasca porosa que contén ácido sulfúrico diluído colócase dentro do recipiente de cobre. Unha barra de zinco amalgamada, sumergida dentro do ácido sulfúrico, actúa como electrodo negativo.

O ácido sulfúrico diluído na vasca porosa reacciona co zinco e, como resultado, produce hidróxeno. A reacción ten lugar como a continuación:

A formación de ZnSO4 na vasca porosa non afecta o funcionamento da célula ata que se depoiten cristais de ZnSO4. O gas de hidróxeno pasa a través da vasca porosa e reacciona coa solución de CuSO4 como a continuación:

O cobre formado deposítase no recipiente de cobre.

História da Batería

No ano 1936, durante o medio do verán, descubriuse un antigo sepulcro durante a construción dunha nova liña ferroviaria preto da cidade de Bagdad, en Irak. As reliquias atopadas neste sepulcro eran de hai uns 2000 anos. Entre estas reliquias, había algúns xarras de barro selados na parte superior con pez. Unha barra de ferro, rodeada por un tubo cilíndrico feito dunha lámina de cobre envoltada, sobresaía deste selo superior.

Cando os descubridores encheron estes xarras con un líquido ácido, atoparon unha diferenza de potencial de aproximadamente 2 volts entre o ferro e o cobre. Estes xarras de barro foron sospechados de ser células de batería de hai 2000 anos. Chamáronlle ó xarro batería parta.

En 1786, Luigi Galvani, un anatomista e fisiólogo italiano, sorprendéuse ao ver que cando tocaba as patas dunha rana morta con dous metais diferentes, os músculos das patas contraíanse.

Non entendía a razón real, senón tería sido coñecido como o primeiro inventor da célula de batería. Pensou que a reacción podería deberse a unha propiedade dos tecidos.

Despois, Alessandro Volta reconociu o mesmo fenómeno en cartón