Akkumulátor működési elve: Hogyan működik egy akkumulátor?

Akkumulátor működési elve

Az akkumulátor az elektrolit és két fém oxigén- és redukció-változásán alapul. Ha két nem hasonló fém, amelyeket elektrodának nevezünk, kerülnek egy elhígított elektrolitbe, az elektrodákban oxigén- és redukció-változás történik, a fémet tartalmazó elektrodák elektronaffinitása alapján. Az oxigénváltozási reakció eredményeként az egyik elektroda negatívan töltödik, amit katódnak nevezünk, míg a redukciós reakció eredményeként a másik elektroda pozitívan töltödik, amit anódnak hívunk.

A katód az akkumulátor negatív terminálját képezi, míg az anód a pozitív terminált. A akkumulátor működési elvének megértéséhez először is némi alapvető fogalommal kell rendelkeznünk az elektrolittekről és az elektronaffinitásról. Valójában, ha két nem hasonló fémmerül egy elektrolitbe, potenciális különbség jön létre ezek között a fémeink között.

Megfigyelhető, hogy bizonyos vegyületeket, amiket vízzel keverünk, azok felbomlanak és negatív és pozitív ionokat hoznak létre. Ilyen vegyületeket elektrolitnek nevezünk. A legismertebb elektrolitok a szinte mindenféle szelekt, savak és bázisok. Az energia, amely egy neutrális atom által elfogadott elektron során szabadul, az elektronaffinitás. Mivel a atom szerkezet különböző anyagok esetén eltérő, különböző anyagok elektronaffinitása is eltér.

Ha két különböző fémmerül ugyanabba az elektrolitoldatba, az egyik elektronokat nyer, a másik pedig elveszti őket. Melyik fém (vagy fémvegyület) nyeri el az elektronokat, és melyik veszti el őket, az a fémet tartalmazó elektrodák elektronaffinitásán alapul. A gyenge elektronaffinitású fém elektronokat nyer az elektrolitoldat negatív ionjaitól.

Ugyanakkor a nagy elektronaffinitású fém elektronokat ad le, és ezek az elektronok bekerülnek az elektrolitoldatba, majd a pozitív ionokhoz. Így az egyik fém elektronokat nyer, a másik pedig elveszti őket. Ennek eredményeként kialakul az elektronkoncentráció különbsége a két fém között.

Ez az elektronkoncentráció különbség elektrikus potenciális különbséget hoz létre a fémeink között. Ez az elektrikus potenciális különbség vagy emf felhasználható, mint feszültségforrás bármely elektronikai vagy elektromos áramkörben. Ez a főbb és alapvető akkumulátor működési elve, és így működik egy akkumulátor.

Minden akkumulátorcella ezen alapvető elv alapján épül. Egyesével tárgyaljuk. Ahogy korábban említettük, Alessandro Volta fejlesztette ki az első akkumulátorcellát, amit általánosságban egyszerű voltaikus cellának hívunk. Ez a típusú egyszerű cella könnyen készíthető. Vegyünk egy edényt, töltse fel enyhén oldott szelektavval, mint elektrolit. Most merüljön benne egy cink és egy réz rúd, és kössük őket külsőleg egy elektrikus terhelésre. Így van elkészítve a simple voltaikus cella. Az áram elkezd áramlik a külső terhelésen keresztül.

A cink egy enyhén oldott szelektavban elektronokat ad le, ahogy az alább látható:

Ezek a Zn + + ionok belekerülnek az elektrolitbe, és minden Zn + + ion két elektront hagy a rudban. Az említett oxigénváltozás eredményeként a cink elektroda negatívan töltödik, és így katódként viselkedik. Ennek eredményeként a Zn + + ionok koncentrációja növekszik a katód mellett az elektrolitben.

Az elektrolit tulajdonságai alapján, az enyhén oldott szelektav és a víz már diszociált pozitív hidroniumionokra és negatív szulfátionokra, ahogy az alább látható:

A Zn+ + ionok magas koncentrációja miatt a katód mellett a H3O+ ionok a réz elektrodához repednek, és a réz rud atomjainak elektronjait felvevő módon megszabadulnak. A következő reakció történik az anódon:

A réz elektrodán történő redukció eredményeként a réz rúd pozitívan töltödik, és így anódként viselkedik.

Daniell Cell

A Daniell cell egy réz edényt tartalmaz, amelyben rézszelektav található. A réz edény maga a pozitív elektrodát képezi. Egy porózus edény, amelyben enyhén oldott szelektav található, beillesztve van a réz edénybe. Egy amalgamált cinkrud, amely a szelektavban van, a negatív elektrodát képezi.

A porózus edényben lévő enyhén oldott szelektav reagál a cinccel, és ezáltal hidrogén jön létre. A reakció a következőképpen történik:

A ZnSO4 képződése a porózus edényben nem befolyásolja a cella működését, amíg a ZnSO4 kristályai nem kezdik lehullni. A hidrogén gáz áthalad a porózus edényen, és reagál a CuSO4 oldatával, ahogy az alább látható:

Így képződött réz lehull a réz edénybe.

Akkumulátor története

1936-ban, a nyár közepén, Bagdad város közelében, egy új vasútvonallal kapcsolatos építkezés során felfedeztek egy ókori sírkamrat. A sírkamraban talált relikviák 2000 évesek voltak. Ezek között voltak zsemleporral bezárt agyagtartályok, amelyekben egy vasrud, egy rézlap csomagolt henger alakjában illeszkedett a bezárt részre.

Amikor a felfedezők ezeket a tartályokat savassal töltöttek, 2 vóltnak találták a potenciális különbséget a vas és a réz között. Ezeket az agyagtartályokat 2000 éves akkumulátorcellának gyanították. A tartályt Partiai akkumulátor-nak nevezték el.

1786-ban Luigi Galvani, olasz anatomista és fiziológus, meglepetésére tapasztalta, hogy amikor két különböző fémlel érinti halott béka lábait, a lábak izmai összeszorultak.

Nem értette meg a valódi okot, ellenkező esetben ő lett volna az akkumulátorcella első feltalálója. Azt hitte, hogy a reakció a szövetek tulajdonságai miatt történik.