बैटरी कार्य सिद्धांत: बैटरी कैसे काम करती है?

बैटरी का कार्य सिद्धांत

बैटरी इलेक्ट्रोलाइट और धातुओं के ऑक्सीकरण और अपचयन प्रतिक्रिया पर काम करती है। जब दो भिन्न धातुई पदार्थ, जिन्हें इलेक्ट्रोड कहा जाता है, को एक विलित इलेक्ट्रोलाइट में रखा जाता है, तो इलेक्ट्रोडों में इलेक्ट्रोन की आकर्षण क्षमता के आधार पर ऑक्सीकरण और अपचयन प्रतिक्रिया होती है। ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप, एक इलेक्ट्रोड ऋणात्मक आवेशित हो जाता है, जिसे कैथोड कहा जाता है, और अपचयन प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप, दूसरा इलेक्ट्रोड धनात्मक आवेशित हो जाता है, जिसे ऐनोड कहा जाता है।

कैथोड बैटरी का ऋणात्मक टर्मिनल बनाता है जबकि ऐनोड बैटरी का धनात्मक टर्मिनल बनाता है। बैटरी के मूलभूत सिद्धांत को ठीक से समझने के लिए, हमें पहले इलेक्ट्रोलाइट और इलेक्ट्रोन की आकर्षण क्षमता के कुछ मूल अवधारणाओं का होना चाहिए। वास्तव में, जब दो भिन्न धातुओं को इलेक्ट्रोलाइट में डूबा दिया जाता है, तो इन धातुओं के बीच एक पोटेंशियल अंतर उत्पन्न होता है।

यह पाया गया है कि, जब कुछ विशिष्ट यौगिकों को पानी में मिलाया जाता है, तो वे घुल जाते हैं और ऋणात्मक और धनात्मक आयन उत्पन्न करते हैं। इस प्रकार के यौगिक को इलेक्ट्रोलाइट कहा जाता है। इलेक्ट्रोलाइटों के प्रसिद्ध उदाहरण लगभग सभी प्रकार के लवण, अम्ल और क्षार हैं। एक तटस्थ परमाणु द्वारा एक इलेक्ट्रोन को स्वीकार करने के दौरान उत्सर्जित ऊर्जा को इलेक्ट्रोन आकर्षण कहा जाता है। चूंकि विभिन्न सामग्रियों के लिए परमाणु संरचना अलग-अलग होती है, इसलिए विभिन्न सामग्रियों का इलेक्ट्रोन आकर्षण भिन्न होगा।

यदि दो भिन्न प्रकार की धातुएँ एक ही इलेक्ट्रोलाइट घोल में डूबी हुई हों, तो उनमें से एक इलेक्ट्रोन प्राप्त करेगी और दूसरी इलेक्ट्रोन छोड़ देगी। कौन सी धातु (या धातु का यौगिक) इलेक्ट्रोन प्राप्त करेगी और कौन सी इलेक्ट्रोन छोड़ देगी, इन धातुओं के इलेक्ट्रोन आकर्षण पर निर्भर करता है। निम्न इलेक्ट्रोन आकर्षण वाली धातु इलेक्ट्रोलाइट घोल के ऋणात्मक आयनों से इलेक्ट्रोन प्राप्त करेगी।

दूसरी ओर, उच्च इलेक्ट्रोन आकर्षण वाली धातु इलेक्ट्रोन छोड़ देगी और ये इलेक्ट्रोन इलेक्ट्रोलाइट घोल में निकल आएंगे और घोल के धनात्मक आयनों में जुड़ जाएंगे। इस तरह, इनमें से एक धातु इलेक्ट्रोन प्राप्त करेगी और दूसरी इलेक्ट्रोन छोड़ देगी। इस परिणामस्वरूप, इन दो धातुओं के बीच इलेक्ट्रोन सांद्रता में अंतर होगा।

इलेक्ट्रोन सांद्रता में यह अंतर धातुओं के बीच विद्युत सामर्थ्यांतर का विकास करता है। यह विद्युत सामर्थ्यांतर या विद्युत वाहक शक्ति को किसी इलेक्ट्रॉनिक या विद्युत परिपथ में एक वोल्टेज स्रोत के रूप में उपयोग किया जा सकता है। यह एक सामान्य और मूल बैटरी का सिद्धांत है और यह बैटरी का काम करने का तरीका है।

सभी बैटरी कक्ष इसी मूल सिद्धांत पर आधारित हैं। आइए इन्हें एक-एक करके चर्चा करें। जैसा कि हमने पहले कहा, अलेसांद्रो वोल्टा ने पहला बैटरी कक्ष विकसित किया, और यह कक्ष सरल वोल्टाइक कक्ष के रूप में लोकप्रिय है। इस प्रकार के सरल कक्ष को बहुत आसानी से बनाया जा सकता है। एक कंटेनर लें और इसे विलित सल्फ्यूरिक अम्ल के इलेक्ट्रोलाइट से भरें। अब हम इस घोल में एक जिंक और एक तांबे की छड़ डुबोते हैं और इन्हें बाहरी रूप से एक विद्युत लोड से जोड़ते हैं। अब आपका सरल वोल्टाइक कक्ष पूरा हो गया है। विद्युत धारा बाहरी लोड के माध्यम से बहना शुरू हो जाएगी।

विलित सल्फ्यूरिक अम्ल में जिंक निम्नलिखित तरीके से इलेक्ट्रोन छोड़ देता है:

ये Zn + + आयन इलेक्ट्रोलाइट में प्रवेश करते हैं, और प्रत्येक Zn + + आयन छड़ में दो इलेक्ट्रोन छोड़ देता है। ऊपर वर्णित ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप, जिंक इलेक्ट्रोड ऋणात्मक आवेशित हो जाता है और इसलिए कैथोड के रूप में कार्य करता है। इस प्रकार, इलेक्ट्रोलाइट में कैथोड के पास Zn + + आयनों की सांद्रता बढ़ जाती है।

इलेक्ट्रोलाइट के गुण के अनुसार, विलित सल्फ्यूरिक अम्ल और पानी पहले से ही धनात्मक हाइड्रोनियम आयन और ऋणात्मक सल्फेट आयन में विघटित हो चुके हैं, जैसा कि नीचे दिया गया है:

कैथोड के पास Zn+ + आयनों की उच्च सांद्रता के कारण, H3O+ आयन तांबे के इलेक्ट्रोड की ओर दूर हो जाते हैं और तांबे की छड़ के परमाणुओं से इलेक्ट्रोन अवशोषित करके विद्युतशून्य हो जाते हैं। निम्नलिखित प्रतिक्रिया ऐनोड पर होती है:

तांबे के इलेक्ट्रोड पर होने वाली अपचयन प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप, तांबे की छड़ धनात्मक आवेशित हो जाती है और इसलिए यह ऐनोड के रूप में कार्य करती है।

डेनियल सेल

डेनियल सेल तांबे के एक बर्तन में तांबे सल्फेट घोल से बना होता है। तांबे का बर्तन स्वयं धनात्मक इलेक्ट्रोड का काम करता है। एक पोरस पोट जिसमें विलित सल्फ्यूरिक अम्ल होता है, तांबे के बर्तन में रखा जाता है। एक अमलगमित जिंक छड़, जो सल्फ्यूरिक अम्ल में डूबी हुई होती है, ऋणात्मक इलेक्ट्रोड के रूप में कार्य करती है।

पोरस पोट में विलित सल्फ्यूरिक अम्ल जिंक के साथ प्रतिक्रिया करता है और परिणामस्वरूप हाइड्रोजन उत्पन्न होता है। प्रतिक्रिया निम्नलिखित तरीके से होती है: