Принцип работы аккумулятора: Как работает аккумулятор?

Принцип работы аккумулятора

Аккумулятор работает на основе окислительно-восстановительных реакций электролита с металлами. Когда два различных металлических вещества, называемых электродами, помещаются в разбавленный электролит, в зависимости от электронного сродства металлов электродов происходят окислительные и восстановительные реакции. В результате окислительной реакции один электрод заряжается отрицательно, называется катодом, а из-за восстановительной реакции другой электрод заряжается положительно, называется анодом.

Катод образует отрицательный вывод, в то время как анод формирует положительный вывод аккумулятора. Чтобы правильно понять основной принцип работы аккумулятора, сначала следует иметь некоторые базовые представления об электролитах и электронном сродстве. На самом деле, когда два различных металла погружаются в электролит, между ними возникает разность потенциалов.

Оказалось, что, когда к воде добавляют определенные соединения, они растворяются и производят отрицательные и положительные ионы. Такие соединения называются электролитами. Популярными примерами электролитов являются почти все виды солей, кислот и оснований. Энергия, выделяемая при принятии электрона нейтральным атомом, известна как электронное сродство. Поскольку атомная структура для различных материалов различна, электронное сродство разных материалов будет различаться.

Если два разных металла погружены в одно и то же электролитическое раствор, один из них получит электроны, а другой выпустит электроны. Какой металл (или металлический сплав) получит электроны, а какой потеряет, зависит от электронного сродства этих металлов. Металл с низким электронным сродством получает электроны от отрицательных ионов электролитического раствора.

С другой стороны, металл с высоким электронным сродством выпускает электроны, которые выходят в электролитический раствор и добавляются к положительному ионам раствора. Таким образом, один из этих металлов получает электроны, а другой теряет их. В результате возникает разница в концентрации электронов между этими двумя металлами.

Эта разница в концентрации электронов вызывает развитие электрической разности потенциалов между металлами. Эта электрическая разность потенциалов или ЭДС может быть использована в качестве источника напряжения в любой электронной или электрической цепи. Это общий и основной принцип работы аккумулятора и так работает аккумулятор.

Все элементы аккумуляторов основаны только на этом основном принципе. Давайте рассмотрим каждый из них. Как мы уже говорили, Алессандро Вольта разработал первую батарейную ячейку, которая известна как простая вольтовская ячейка. Этот тип простой ячейки можно создать очень легко. Возьмите контейнер и заполните его разбавленной серной кислотой в качестве электролита. Теперь мы погружаем одну цинковую и одну медную палочки в раствор и подключаем их внешней электрической нагрузкой. Теперь ваша простая вольтовская ячейка готова. Ток начнет течь через внешнюю нагрузку.

Цинк в разбавленной серной кислоте отдает электроны следующим образом:

Эти Zn + + ионы переходят в электролит, и каждый из Zn + + ионов оставляет два электрона в стержне. В результате вышеупомянутой окислительной реакции цинковый электрод становится отрицательно заряженным и, следовательно, действует как катод. В результате концентрация Zn + + ионов вблизи катода в электролите увеличивается.

Согласно свойствам электролита, разбавленная серная кислота и вода уже диссоциировались на положительные гидрониевые ионы и отрицательные сульфатные ионы, как показано ниже:

Из-за высокой концентрации Zn+ + ионов вблизи катода, H3O+ ионы отталкиваются к медному электроду и разряжаются, поглощая электроны от атомов медного стержня. Следующая реакция происходит на аноде:

В результате восстановительной реакции, происходящей на медном электроде, медный стержень заряжается положительно и, следовательно, действует как анод.

Ячейка Даниэля

Ячейка Даниэля состоит из медного сосуда, содержащего раствор сульфата меди. Сам медный сосуд действует как положительный электрод. Пористый горшок, содержащий разбавленную серную кислоту, помещается в медный сосуд. Амальгамированный цинковый стержень, погруженный в серную кислоту, действует как отрицательный электрод.

Разбавленная серная кислота в пористом горшке реагирует с цинком, и в результате выделяется водород. Реакция происходит следующим образом:

Образование ZnSO4 в пористом горшке не влияет на работу ячейки до тех пор, пока кристаллы ZnSO4 не осаждаются. Водород проходит через пористый горшок и реагирует с раствором CuSO4 следующим образом:

Образовавшаяся медь осаждается на медном сосуде.

История аккумулятора

В 1936 году, в середине лета, во время строительства новой железнодорожной линии недалеко от города Багдад в Ираке был обнаружен древний захоронение. Реликвии, найденные в этом захоронении, были около 2000 лет. Среди этих реликвий были глиняные горшки, запечатанные сверху смолой. Железный стержень, окруженный цилиндрической трубкой, изготовленной из обернутого медного листа, выступал из этого запечатанного верха.