Načelo delovanja baterije: Kako deluje baterija?

Načelo delovanja baterije

Baterija deluje na osnovi oksidacijsko-veščinske reakcije elektrolita s kovini. Ko se dve različni kovinski snovi, imenovani elektrodi, postavita v razrednjen elektrolit, se v elektrodah odvijata oksidacijska in veščinska reakcija, odvisno od elektronske afinitete kovine elektrod. Kot rezultat oksidacijske reakcije ena elektroda dobiva negativno naboj in se imenuje katoda, medtem ko druga elektroda zaradi veščinske reakcije dobiva pozitivni naboj in se imenuje anoda.

Katoda tvori negativno stran, medtem ko anoda tvori pozitivno stran baterije. Za pravilno razumevanje osnovnega načela delovanja baterije moramo najprej imeti nekaj osnovnih znanj o elektrolitih in elektronski afiniteti. V resnici, ko se dve različni kovini potopita v elektrolit, bo med njima nastala potencialna razlika.

Odkrili so, da, ko se določene spojine dodajo v vodo, se raztopijo in ustvarijo negativne in pozitivne ionce. Ta vrsta spojine se imenuje elektrolit. Priljubljena primeri elektrolitov so skoraj vse vrste soli, kisline in baze itd. Energija, ki se izpušča med sprejemom elektrona nevtralnim atomom, se imenuje elektronska afiniteta. Ker je atomska struktura za različne materialne različna, bo elektronska afiniteta različnih materialov tudi različna.

Če se dve različni vrsti kovin potopita v isto elektrolitsko reševilo, bo ena izmed njih pridobila elektrone, druga pa jih izgubila. Katera kovina (ali kovinska spojina) bo pridobila elektrone in katera jih bo izgubila, je odvisno od elektronske afinitete teh kovin. Kovina z nizko elektronsko afiniteto bo pridobila elektrone od negativnih ionov elektrolitskega reševila.

Na drugi strani bo kovina z visoko elektronsko afiniteto izgubila elektrone, ki se izločijo v elektrolitsko reševilo in se pripnejo pozitivnim ionom reševila. Tako bo ena izmed teh kovin pridobila elektrone, druga pa jih izgubila. To bo povzročilo razliko v koncentraciji elektronov med temi dvema kovinama.

Ta razlika v koncentraciji elektronov povzroči električno potencialno razliko med kovinama. Ta električna potencialna razlika ali napetost se lahko uporabi kot viro napetosti v katerikoli elektronskih ali električnem krugu. To je splošno in osnovno načelo delovanja baterije in to je tako, kako deluje baterija.

Vsi baterijski celici temeljijo le na tem osnovnem načelu. Razpravljajmo o vsaki posebej. Kot smo že povedali, je Alessandro Volta razvil prvo baterijsko celico, ta celica pa je znana kot preprosta voltaična celica. Ta vrsta preproste celice se lahko zelo enostavno ustvari. Vzemite en posodec in ga napolnite z razrednjenim solnofinim kislom kot elektrolitom. Sedaj potopimo en zink in en bakreni štirik v reševilo in jih zunanje povežemo z električnim obremenjem. Sedaj je vaša preprosta voltaična celica zaključena. Tok bo začel teči skozi zunanje obremenje.

Zink v razrednjenem solnofinem kislom odda elektrone kot sledi:

Ti Zn + + ionci preidejo v elektrolit, in vsak Zn + + ion zapusti dva elektrona v štiriku. Kakor rezultat zgornje oksidacijske reakcije, zinkska elektroda ostane negativno nabita in tako deluje kot katoda. Posledično se koncentracija Zn + + ionov blizu katode v elektrolitu poveča.

Po lastnosti elektrolita se razrednjen solnofin kisel in voda že disociirata v pozitivne hidronijeve ionce in negativne sulfatne ionce, kot sledi:

Iz-za visoke koncentracije Zn+ + ionov blizu katode, H3O+ ioni se odpeljijo proti bakreni elektrodi in se razlagajo z absorpcijo elektronov iz atomov bakrenega štirika. Spodnja reakcija se dogaja pri anodi:

Kot rezultat veščinske reakcije, ki se dogaja pri bakreni elektrodi, se bakreni štirik pozitivno naboji in tako deluje kot anoda.

Daniellova celica

Daniellova celica sestoji iz bakrene posode, ki vsebuje bakrensulfatno reševilo. Bakrena posoda sama deluje kot pozitivna elektroda. Poročna posoda, ki vsebuje razrednjen solnofin kisel, je postavljena v bakreno posodo. Amalgamirani zinkska štirika, potopljena v solnofin kisel, deluje kot negativna elektroda.

Razrednjen solnofin kisel v poročni posodi reagira s zinkom, in kot rezultat se elavira vodik. Reakcija poteka kot sledi:

Obrazovanje ZnSO4 v poročni posodi ne vpliva na delovanje celice, dokler se kristali ZnSO4 ne odložijo. Plinen vodik preide skozi poročno posodo in reagira s CuSO4 reševilom, kot sledi:

Tako nastali bakar se odloži na bakreno posodo.

Zgodovina baterije

Leto 1936, sredinjo leta, je bila odkrita antična grobna jama med gradnjo nove železnice blizu Bagdata v Iraku. Relikt, ki so ga našli v tej jami, je bil stari okoli 2000 let. Med temi relikti so bili nekateri glini posodi, zaprti na vrhu s dehtom. Železni štirik, obkrožen z valjkastim cevljem, izdelanim iz ovitih bakrenih listov, se je izvirjal iz tega zaprtog vrha.

Ko odkritelji te posode napolnili s kisloto, so ugotovili, da je med železom in bakrom nastala potencialna razlika okoli 2 voltov. Te glini posode so sumile, da so 2000-letne baterijske celice. Imenovali so posodo Partsko baterijo.

Leta 1786 se je Luigi Galvani, italijanski anatomist in fiziolog, presenčil, ko je opazil, da se mišiče mrtvih žabev skrčijo, ko jih dotakne z dvema različnima kovinama.

Niste mogli razumeti dejanskega razloga, drugače bi bil prvi izumitelj baterijske celice. Misli je, da bi bila reakcija posledica lastnosti tkiv.