Prinsipyong Paggana ng Baterya: Paano Gumagana ang isang Baterya?

Prinsipyong Paggana ng Baterya

Ang baterya ay gumagana sa pamamagitan ng reaksyon ng oksidasyon at reduksyon ng elektrolito sa mga metal. Kapag dalawang iba't ibang uri ng metalyo, na tinatawag na elektrodo, ay inilagay sa isang diluidong elektrolito, ang reaksyon ng oksidasyon at reduksyon ay nangyayari sa mga elektrodo depende sa elektronikong pagkakapit ng metal ng mga elektrodo. Dahil sa reaksyon ng oksidasyon, ang isang elektrodo ay kumukuha ng negatibong kargado na tinatawag na katoda at dahil sa reaksyon ng reduksyon, ang isa pang elektrodo ay kumukuha ng positibong kargado na tinatawag na anoda.

Ang katoda ay bumubuo ng negatibong terminal samantalang ang anoda ay bumubuo ng positibong terminal ng baterya. Upang maintindihan ang basic principle of battery nang maayos, una, dapat tayo mayroong ilang pangunahing konsepto tungkol sa elektrolito at elektronikong pagkakapit. Sa katunayan, kapag dalawang iba't ibang uri ng metal ay inilagay sa isang elektrolito, magkakaroon ng potential difference na nabubuo sa pagitan ng mga metal na ito.

Natuklasan na, kapag ilang partikular na kompuwesto ay idinagdag sa tubig, sila ay nagdudulot ng negatibong at positibong ions. Ang ganitong uri ng kompuwesto ay tinatawag na elektrolito. Ang mga sikat na halimbawa ng elektrolito ay halos lahat ng uri ng asin, asido, at base, atbp. Ang enerhiyang inilabas sa pagtanggap ng isang elektrono ng isang neutral na atomo ay kilala bilang elektronikong pagkakapit. Dahil ang atomic structure para sa iba't ibang materyal ay iba't iba, ang elektronikong pagkakapit ng iba't ibang materyal ay magkakaiba.

Kapag dalawang iba't ibang uri ng metal ay inilagay sa parehong solusyon ng elektrolito, isa sa kanila ay kumukuha ng mga elektrono at ang isa pa ay nagbibigay ng mga elektrono. Anong metal (o kompuwesto ng metal) ang kikinahinatnan ng mga elektrono at anong mawawalan ng mga elektrono, depende sa elektronikong pagkakapit ng mga metal na ito. Ang metal na may mababang elektronikong pagkakapit ay kikinahinatnan ng mga elektrono mula sa negatibong ions ng solusyon ng elektrolito.

Sa kabilang banda, ang metal na may mataas na elektronikong pagkakapit ay magbibigay ng mga elektrono at ang mga elektrono na ito ay lumalabas sa solusyon ng elektrolito at dinadagdag sa positibong ions ng solusyon. Sa ganitong paraan, ang isa sa mga metal na ito ay kumukuha ng mga elektrono at ang isa pa ay nawawalan ng mga elektrono. Bilang resulta, magkakaroon ng pagkakaiba sa concentration ng mga elektrono sa pagitan ng dalawang metal na ito.

Ang pagkakaiba sa concentration ng mga elektrono na ito ay nagdudulot ng electrical potential difference na nabubuo sa pagitan ng mga metal. Ang electrical potential difference o emf na ito ay maaaring gamitin bilang isang source of voltage sa anumang electronics o electrical circuit. Ito ang pangkalahatan at pangunahing prinsipyong baterya at ito ang kung paano gumagana ang baterya.

Ang lahat ng mga sel ng baterya ay batay lamang sa pangunahing prinsipyo na ito. Hayaan nating talakayin isa-isa. Tulad ng sinabi natin, si Alessandro Volta ang nagdesinyo ng unang sel ng baterya, at ang sel na ito ay kilala bilang simple voltaic cell. Ang ganitong uri ng simpleng sel ay maaaring gawin nang madali. Kunin ang isang container at punan ito ng diluted sulfuric acid bilang elektrolito. Ngayon, ilagay natin ang isang zinc at isang copper rod sa solusyon at i-connect natin sila sa labas ng pamamagitan ng isang electric load. Ngayon tapos na ang iyong simpleng voltaic cell. Ang current ay magsisimulang umagos sa pamamagitan ng external load.

Ang zinc sa diluted sulfuric acid ay nagbibigay ng mga elektrono tulad ng sumusunod:

Ang mga Zn + + ions ay lumilipad sa elektrolito, at bawat isa sa mga Zn + + ions ay nag-iwan ng dalawang elektrono sa rod. Bilang resulta ng nabanggit na reaksyon ng oksidasyon, ang zinc electrode ay natitira na negatibong kargado at kaya naman ito ay gumagana bilang katoda. Bilang resulta, ang concentration ng Zn + + ions malapit sa katoda sa elektrolito ay tumataas.

Ayon sa katangian ng elektrolito, ang diluted sulfuric acid at tubig ay nagsimulang disassociate sa positibong hydronium ions at negatibong sulfate ions tulad ng sumusunod:

Dahil sa mataas na concentration ng Zn+ + ions malapit sa katoda, ang H3O+ ions ay napapadaan patungo sa copper electrode at napapawisan ng pagkuha ng mga elektrono mula sa atoms ng copper rod. Ang sumusunod na reaksyon ay nangyayari sa anode:

Bilang resulta ng reaksyon ng reduksyon na nangyayari sa copper electrode, ang copper rod ay nakuha ng positibong kargado at kaya naman ito ay gumagana bilang anoda.

Daniell Cell

Ang Daniell cell ay binubuo ng isang copper vessel na naglalaman ng copper sulfate solution. Ang copper vessel mismo ang gumagana bilang positibong electrode. Isang porous pot na naglalaman ng diluted sulfuric acid ay inilagay sa loob ng copper vessel. Isang amalgamated zinc rod, na dip sa loob ng sulfuric acid, ay gumagana bilang negatibong electrode.

Ang diluted sulfuric acid sa porous pot ay sumasagupa sa zinc at bilang resulta, ang hydrogen ay nalilikha. Ang reaksyon ay nangyayari tulad ng sumusunod:

Ang pagbuo ng ZnSO4 sa porous pot ay hindi nakakaapekto sa paggana ng sel hanggang ang mga crystals ng ZnSO4 ay nadeposit. Ang hydrogen gas ay lumilipad sa porous pot at sumasagupa sa CuSO4 solution tulad ng sumusunod:

Ang copper na nabuo ay nadeposit sa copper vessel.

Kasaysayan ng Baterya

Noong taong 1936 sa gitna ng tag-init, natuklasan ang isang sinaunang libingan sa panahon ng pagtatayo ng bagong linya ng tren malapit sa lungsod ng Bagdad sa Iraq. Ang mga relihiya na natuklasan sa libingan na ito ay humigit-kumulang 2000 taon na ang lumipas. Sa mga relihiyang ito, may mga clay jars na sigurado sa tuktok ng pitch. Isang iron rod, na pinag-uugnayan ng isang cylindrical tube na gawa sa wrapped copper sheet, ay lumabas mula sa itinali na tuktok na ito.

Kapag pinuno ng mga discoverers ang mga pots na ito ng acidic liquid, natuklasan nila ang potential difference ng humigit-kumulang 2 volts sa pagitan ng iron at copper. Inasuspekta ang mga clay jars na ito na 2000-year-old battery cells. Tinawag nila ang pot na ito bilang Parthian battery.

Noong 1786, si Luigi Galvani, isang Italian anatomist, at physiologist, ay nagulat sa pagtingin ng dead frog legs na sinasagupaan ng dalawang iba't ibang metals, ang mga muscles ng mga legs ay nagkontrakt.

Hindi niya maintindihan ang aktwal na dahilan kundi siya ang unang inventor ng battery cell. Naisip niya na ang reaksyon ay maaaring dahil sa katangian ng mga tissues.