Nguyên lý hoạt động của Pin: Pin hoạt động như thế nào?

Nguyên lý hoạt động của Pin

Pin hoạt động dựa trên phản ứng oxi hóa và khử của chất điện phân với kim loại. Khi hai vật liệu kim loại khác nhau, gọi là điện cực, được đặt trong một chất điện phân pha loãng, phản ứng oxi hóa và khử xảy ra ở các điện cực tương ứng, tùy thuộc vào độ hấp thụ electron của kim loại của các điện cực. Kết quả của phản ứng oxi hóa, một điện cực trở nên mang điện âm gọi là catôt và do phản ứng khử, điện cực khác mang điện dương gọi là anôt.

Catôt tạo thành đầu cực âm trong khi anôt tạo thành đầu cực dương của pin. Để hiểu rõ nguyên lý cơ bản của pin, trước tiên, chúng ta cần có một số khái niệm cơ bản về chất điện phân và độ hấp thụ electron. Thực tế, khi hai kim loại khác nhau được ngâm trong chất điện phân, sẽ có hiệu điện thế được tạo ra giữa các kim loại này.

Đã phát hiện rằng, khi một số hợp chất cụ thể được thêm vào nước, chúng tan và tạo ra ion âm và ion dương. Loại hợp chất này được gọi là chất điện phân. Các ví dụ phổ biến của chất điện phân bao gồm hầu hết các loại muối, axit, và bazơ. Năng lượng được giải phóng khi một nguyên tử trung hòa chấp nhận một electron được gọi là độ hấp thụ electron. Do cấu trúc nguyên tử của các vật liệu khác nhau, độ hấp thụ electron của các vật liệu cũng sẽ khác nhau.

Nếu hai loại kim loại khác nhau được ngâm trong cùng một dung dịch chất điện phân, một trong số chúng sẽ nhận electron và cái kia sẽ giải phóng electron. Kim loại (hoặc hợp kim) nào sẽ nhận electron và cái nào sẽ mất electron, phụ thuộc vào độ hấp thụ electron của các kim loại đó. Kim loại có độ hấp thụ electron thấp sẽ nhận electron từ ion âm của dung dịch chất điện phân.

Trong khi đó, kim loại có độ hấp thụ electron cao sẽ giải phóng electron và các electron này đi vào dung dịch chất điện phân và được thêm vào ion dương của dung dịch. Theo cách này, một trong số các kim loại này nhận electron và cái kia mất electron. Kết quả là, sẽ có sự khác biệt về nồng độ electron giữa hai kim loại này.

Sự khác biệt về nồng độ electron này gây ra sự phát triển hiệu điện thế giữa các kim loại. Hiệu điện thế hoặc điện áp này có thể được sử dụng như một nguồn điện áp trong bất kỳ mạch điện tử hay mạch điện. Đây là nguyên lý cơ bản chung và cách mà pin hoạt động.

Tất cả các tế bào pin đều dựa trên nguyên lý cơ bản này. Hãy thảo luận từng bước. Như chúng tôi đã nói, Alessandro Volta đã phát triển tế bào pin đầu tiên, và tế bào này được biết đến rộng rãi là tế bào Volta đơn giản. Loại tế bào đơn giản này có thể được tạo ra rất dễ dàng. Lấy một bình và đổ đầy axit sulfuric pha loãng làm chất điện phân. Bây giờ, chúng ta ngâm một thanh kẽm và một thanh đồng vào dung dịch và kết nối chúng bên ngoài bằng một tải điện. Bây giờ, tế bào volta đơn giản của bạn đã hoàn thành. Dòng điện sẽ bắt đầu chảy qua tải điện bên ngoài.

Kẽm trong axit sulfuric pha loãng giải phóng electron như sau:

Các ion Zn + + đi vào chất điện phân, và mỗi ion Zn + + để lại hai electron trong thanh. Kết quả của phản ứng oxi hóa trên, điện cực kẽm bị tích điện âm và do đó đóng vai trò là catôt. Do đó, nồng độ ion Zn + + gần catôt trong chất điện phân tăng lên.

Theo tính chất của chất điện phân, axit sulfuric pha loãng và nước đã phân ly thành ion hydronium dương và ion sulfate âm như sau:

Do nồng độ ion Zn+ + cao gần catôt, các ion H3O+ bị đẩy về phía điện cực đồng và được giải phóng bằng cách hấp thụ electron từ các nguyên tử của thanh đồng. Phản ứng sau đây xảy ra tại anôt:

Kết quả của phản ứng khử xảy ra tại điện cực đồng, thanh đồng bị tích điện dương và do đó nó đóng vai trò là anôt.

Tế bào Daniell

Tế bào Daniell bao gồm một bình đồng chứa dung dịch sunfat đồng. Bình đồng chính nó đóng vai trò là điện cực dương. Một bình thấm chứa axit sulfuric pha loãng được đặt trong bình đồng. Một thanh kẽm tổng hợp, ngâm trong axit sulfuric, đóng vai trò là điện cực âm.

Axit sulfuric pha loãng trong bình thấm phản ứng với kẽm và kết quả là khí hydro được giải phóng. Phản ứng diễn ra như sau:

Việc hình thành ZnSO4 trong bình thấm không ảnh hưởng đến hoạt động của tế bào cho đến khi tinh thể ZnSO4 được lắng đọng. Khí hydro đi qua bình thấm và phản ứng với dung dịch CuSO4 như sau:

Đồng được hình thành được lắng đọng trên bình đồng.

Lịch sử của Pin

Năm 1936, trong mùa hè, một ngôi mộ cổ được phát hiện trong quá trình xây dựng tuyến đường sắt mới gần thành phố Bagdad, Iraq. Các di vật tìm thấy trong ngôi mộ này có tuổi khoảng 2000 năm. Trong số các di vật, có một số bình gốm được niêm phong bằng nhựa thông. Một thanh sắt, được bao quanh bởi một ống hình trụ làm từ tấm đồng cuộn, được đưa ra từ phần niêm phong trên.

Khi những người khám phá đổ chất lỏng axit vào các bình, họ phát hiện ra hiệu điện thế khoảng 2 volt giữa sắt và đồng. Những bình gốm này được nghi ngờ là tế bào pin 2000 năm tuổi. Họ đặt tên cho bình là tế bào Parthian.

Năm 1786, Luigi Galvani, một nhà giải phẫu và sinh lý học người Ý, ngạc nhiên khi thấy rằng khi ông chạm vào chân ếch chết bằng hai kim loại khác nhau, cơ bắp của chân co lại.

Ông không hiểu rõ nguyên nhân thực sự, nếu không, ông sẽ được biết đến là người đầu tiên phát minh ra tế bào pin. Ông nghĩ rằng phản ứng có thể do tính chất của mô.

Sau đó, Alessandro Volta nhận ra cùng hiện tượng này trên tấm bìa cứng ngâm trong nước muối thay vì chân ếch. Ông xếp chồng một đĩa đồng và một đĩa kẽm với một mảnh bìa cứng ngâm trong nước muối ở giữa và phát hiện ra hiệu điện thế giữa đồng và kẽm.

Lời tuyên bố: Res