Prinsip Kerja Bateri: Bagaimana Bateri Berfungsi

Prinsip Kerja Bateri

Bateri berfungsi berdasarkan reaksi oksidasi dan reduksi elektrolit dengan logam. Apabila dua bahan logam yang berbeza, dipanggil elektrod, diletakkan dalam elektrolit yang diencerkan, reaksi oksidasi dan reduksi akan berlaku pada elektrod masing-masing bergantung kepada afiniti elektron logam tersebut. Sebagai hasil daripada reaksi oksidasi, satu elektrod menjadi bercas negatif dipanggil katod dan akibat reaksi reduksi, elektrod lain menjadi bercas positif dipanggil anod.

Katod membentuk terminal negatif manakala anod membentuk terminal positif bateri. Untuk memahami prinsip asas bateri dengan betul, pertama, kita perlu mempunyai beberapa konsep asas tentang elektrolit dan afiniti elektron. Sebenarnya, apabila dua logam yang berbeza dicelupkan ke dalam elektrolit, akan terdapat perbezaan potensi yang dihasilkan antara logam-logam ini.

Didapati bahawa, apabila beberapa senyawa tertentu ditambahkan ke air, mereka larut dan menghasilkan ion negatif dan positif. Jenis senyawa ini dipanggil elektrolit. Contoh popular elektrolit adalah hampir semua jenis garam, asid, dan bes serta lain-lain. Tenaga yang dilepaskan semasa atom neutral menerima elektron dikenali sebagai afiniti elektron. Oleh kerana struktur atom untuk bahan yang berbeza adalah berbeza, maka afiniti elektron bahan-bahan yang berbeza juga akan berbeza.

Jika dua jenis logam yang berbeza dicelupkan ke dalam larutan elektrolit yang sama, salah satunya akan menerima elektron dan yang lain akan melepaskan elektron. Logam (atau senyawa logam) mana yang akan menerima elektron dan mana yang akan kehilangan elektron, bergantung kepada afiniti elektron logam-logam tersebut. Logam dengan afiniti elektron rendah akan menerima elektron dari ion negatif larutan elektrolit.

Di sisi lain, logam dengan afiniti elektron tinggi akan melepaskan elektron dan elektron-elektron ini keluar ke dalam larutan elektrolit dan ditambahkan kepada ion positif larutan. Dengan cara ini, salah satu logam menerima elektron dan yang lain kehilangan elektron. Akibatnya, akan ada perbezaan konsentrasi elektron antara kedua-dua logam ini.

Perbezaan konsentrasi elektron ini menyebabkan perbezaan potensial elektrik yang berkembang antara logam-logam. Perbezaan potensial elektrik atau emf ini boleh digunakan sebagai sumber voltan dalam sebarang elektronik atau rangkaian elektrik. Ini adalah prinsip umum dan asas bateri dan inilah cara kerja bateri.

Semua sel bateri didasarkan hanya pada prinsip asas ini. Mari kita perbincangkan satu persatu. Seperti yang kita katakan sebelumnya, Alessandro Volta membangunkan sel bateri pertama, dan sel ini dikenali secara meluas sebagai sel voltaik yang mudah. Jenis sel mudah ini boleh dicipta dengan sangat mudah. Ambil satu bekas dan isi dengan asid sulfurik yang diencerkan sebagai elektrolit. Sekarang kita celupkan satu batang seng dan satu batang kuprum ke dalam larutan dan kita hubungkan mereka secara luaran dengan beban elektrik. Sekarang sel voltaik mudah anda telah siap. Arus akan bermula mengalir melalui beban luaran.

Seng dalam asid sulfurik yang diencerkan melepaskan elektron seperti berikut:

Ion-ion Zn + + ini masuk ke dalam elektrolit, dan setiap ion Zn + + meninggalkan dua elektron di dalam batang. Sebagai hasil daripada reaksi oksidasi di atas, elektrod seng ditinggalkan bercas negatif dan oleh itu bertindak sebagai katod. Akibatnya, konsentrasi ion Zn + + di dekat katod dalam elektrolit meningkat.

Berdasarkan sifat elektrolit, asid sulfurik yang diencerkan dan air telah berpisah menjadi ion hidronium positif dan ion sulfat negatif seperti berikut:

Oleh kerana konsentrasi tinggi ion Zn+ + di dekat katod, ion H3O+ ditolak ke arah elektrod kuprum dan dibebaskan dengan menyerap elektron dari atom-atom batang kuprum. Reaksi berikut berlaku di anod:

Sebagai hasil daripada reaksi reduksi yang berlaku di elektrod kuprum, batang kuprum menjadi bercas positif dan oleh itu bertindak sebagai anod.

Sel Daniell

Sel Daniell terdiri daripada bekas kuprum yang mengandungi larutan sulfat kuprum. Bekas kuprum itu sendiri bertindak sebagai elektrod positif. Satu bot tanam yang mengandungi asid sulfurik yang diencerkan diletakkan di dalam bekas kuprum. Batang seng yang digabungkan, dicelupkan ke dalam asid sulfurik, bertindak sebagai elektrod negatif.

Asid sulfurik yang diencerkan di dalam bot tanam bertindak balas dengan seng dan sebagai hasilnya hidrogen diperoleh. Reaksi berlaku seperti berikut:

Pembentukan ZnSO4 di dalam bot tanam tidak mempengaruhi kerja sel sehingga kristal ZnSO4 disimpan. Gas hidrogen melalui bot tanam dan bertindak balas dengan larutan CuSO4 seperti berikut:

Kuprum yang terbentuk disimpan pada bekas kuprum.

Sejarah Bateri

Pada tahun 1936 di tengah musim panas, sebuah makam purba ditemui semasa pembinaan laluan kereta api baru berdekatan bandar Bagdad di Iraq. Relik yang ditemui di makam tersebut berumur kira-kira 2000 tahun. Di antara relik-relik tersebut, terdapat beberapa bekas tanah liat yang disegel di bahagian atas dengan pitch. Sebatang rod besi, dikelilingi oleh tabung silinder yang dibuat daripada lembaran kuprum yang dililit, ditembus keluar dari segel atas ini.

Apabila penemu mengisi bekas-bekas ini dengan cecair asid, mereka mendapati perbezaan potensial sekitar 2 volt antara besi dan kuprum. Bekas tanah liat ini dicurigai sebagai sel bateri berusia 2000 tahun. Mereka menamakan bekas ini sebagai bateri Parthian.

Pada tahun 1786, Luigi Galvani, seorang ahli anatomi dan fisiologi Itali, terkejut melihat bahawa apabila dia menyentuh kaki katak mati dengan dua logam yang berbeza, otot-otot kaki tersebut berkontraksi.

Dia tidak dapat memahami sebab sebenarnya, kalau tidak, dia akan dikenali sebagai pencipta sel bateri pertama. Dia mengira reaksi tersebut mungkin disebabkan oleh sifat jaringan.