Batteri fungeringsprinsipp: Hvordan fungerer et batteri?

Arbeidsprinsipp for batteri

Et batteri fungerer ved oksidasjon og reduksjon av en elektrolyt med metaller. Når to ulike metalliske stoffer, kalt elektroder, plasseres i en forduftet elektrolyt, forekommer oksidasjons- og reduksjonsreaksjoner i elektrodene henholdsvis avhengig av elektronaffiniteten til metallene i elektrodene. Som følge av oksidasjonsreaksjonen blir en elektrode negativt ladet, kalt katode, og på grunn av reduksjonsreaksjonen blir en annen elektrode positivt ladet, kalt anode.

Katoden danner det negative terminalen, mens anoden danner det positive terminalen i et batteri. For å forstå det grunnleggende prinsippet for batterier godt, bør vi først ha noen grunnleggende kunnskaper om elektrolyter og elektronaffinitet. Faktisk, når to ulike metaller er neddykket i en elektrolyt, vil det oppstå en potensialforskjell mellom disse metallene.

Det er funnet at, når noen spesifikke forbindelser legges til vann, løses de opp og produserer negative og positive ioner. Denne typen forbindelse kalles en elektrolyt. De mest populære eksemplene på elektrolyter er nesten alle typer salt, syrer og baser osv. Energien som frigjøres under akseptering av et elektron av et nøytralt atom, kjennes som elektronaffinitet. Siden atomstruktur for forskjellige materialer er ulike, vil elektronaffiniteten for ulike materialer variere.

Hvis to ulike typer metaller dykkes ned i samme elektrolytløsning, vil den ene av dem få elektroner, mens den andre vil slippe elektroner. Hvilket metall (eller metallforbindelse) som vil få elektroner og hvilken vil miste elektroner, avhenger av elektronaffiniteten til disse metallene. Metallet med lav elektronaffinitet vil ta imot elektroner fra de negative ionene i elektrolytløsningen.

På den andre siden vil metallet med høy elektronaffinitet slippe elektroner, og disse elektronene kommer ut i elektrolytløsningen og blir lagt til de positive ionene i løsningen. På denne måten får ett av disse metallene elektroner, mens et annet mister elektroner. Som følge av dette vil det være en forskjell i elektronkonsentrasjon mellom disse to metallene.

Denne forskjellen i elektronkonsentrasjon forårsaker en elektrisk potensialforskjell som utvikles mellom metallene. Denne elektriske potensialforskjellen eller emf kan benyttes som en spenningskilde i enhver elektronikk eller elektrisk krets. Dette er et generelt og grunnleggende prinsipp for batterier og dette er hvordan et batteri fungerer.

Alle battericeller er basert på dette grunnleggende prinsippet. La oss diskutere en etter en. Som vi sa tidligere, utviklet Alessandro Volta den første battericellen, og denne cellen er kjent som den enkle voltaiske celle. Denne type enkel celle kan lages veldig lett. Ta en beholder og fyll den med forduftet svovelsyre som elektrolyt. Nå dykker vi en sink- og en kobberstang ned i løsningen og kobler dem eksternt til en elektrisk belastning. Nå er din enkle voltaiske celle fullført. Strøm vil begynne å flyte gjennom den eksterne belastningen.

Sink i forduftet svovelsyre gir ifra elektroner som følger:

Disse Zn + + ionene passer inn i elektrolyten, og hver av Zn + + ionene lar to elektroner i stangen. Som følge av den ovennevnte oksidasjonsreaksjonen, blir sink-elektroden negativt ladet og dermed fungerer som en katode. Konsekvent øker koncentrasjonen av Zn + + ioner nær katoden i elektrolyten.

Ifølge egenskapene til elektrolyten har forduftet svovelsyre og vann allerede oppløst seg i positive hydronium-ioner og negative sulfat-ioner som følger:

På grunn av høy konentrasjon av Zn+ + ioner nær katoden, blir H3O+ ioner repulsert mot kobber-elektroden og slipper elektroner fra atomer i kobberstangen. Følgende reaksjon forekommer ved anoden:

Som følge av reduksjonsreaksjonen som forekommer ved kobber-elektroden, blir kobberstangen positivt ladet og dermed fungerer den som en anode.

Daniell Celle

Daniell-cellen består av en kobberbeholder som inneholder kobbersulfatløsning. Kobberbeholderen selv fungerer som den positive elektroden. En porøs pot med forduftet svovelsyre plasseres i kobberbeholderen. En amalgamert sink-stang, dypet inn i svovelsyren, fungerer som den negative elektroden.

Forduftet svovelsyre i den porøse poten reagerer med sink, og som resultat blir hydrogen frigjort. Reaksjonen forekommer som følger:

Dannelsen av ZnSO4 i den porøse poten påvirker ikke arbeidet i cellen frem til krystaller av ZnSO4 deponeres. Hydrogen-gassen passerer gjennom den porøse poten og reagerer med CuSO4-løsningen som følger:

Kobber som dannes, deponeres på kobberbeholderen.

Batteriets historie

I 1936, midt i sommeren, ble en gammel grav oppdaget under bygging av en ny jernbane ved Bagdad i Irak. Relikviane funnet i graven var omtrent 2000 år gamle. Blant disse relikviane var det noen leirkrukker som var forseglet øverst med pek. En jernstang, omgitt av en sylindrisk rør laget av en omsluttende kobberplate, sto ut fra dette forseglingen.

Da oppdagerne fylte disse potene med en sur luktende væske, fant de en potensialforskjell på omtrent 2 volt mellom jernet og kobberet. Disse leirkrukkene mistet å være 2000 år gamle battericeller. De navngav poten som Partiske batteri.

I 1786, ble Luigi Galvani, en italiensk anatomist og fysiolog, overrasket da han så at når han berørte døde grefotsbein med to ulike metall, kontraherte musklene i beina.

Han kunne ikke forstå den faktiske grunnen, ellers ville han ha blitt kjent som den første oppfinneren av battericellen. Han trodde at reaksjonen kanskje var på grunn av en egenskap hos vevene.