نحوه کار باتری

0 رای با میانگین امتیاز 0
نحوه کار باتری

نحوه کار باتری

نحوه کار باتری  باتری با اکسیداسیون و واکنش کاهش یک الکترولیت با فلزات کار می کند. هنگامی که دو ماده فلزی متفاوت ، به نام الکترود ، در یک الکترولیت رقیق شده قرار می گیرند ، بسته به وابستگی الکترون الکترودها ، در اکسیداسیون ها به ترتیب  در اکسیداسیون واکنش وکاهش شرکت می کنند.

در نتیجه واکنش اکسیداسیون ، یک الکترود منفی به نام کاتد باردار می شود و به دلیل واکنش کاهش ، الکترود دیگر بار مثبت دار می شود که به نام آند است. کاتد ترمینال منفی را تشکیل می دهد در حالی که آند ترمینال مثبت یک باتری را تشکیل می دهد. برای درک صحیح اصول باتری ، ابتدا باید مفهوم اساسی الکترولیتها و میل الکترون ها (انرژی خروج یا الکترون خواهی نیز می توان ترجمه کرد) را بفهمیم. در واقع ، هنگامی که دو فلز متفاوت در یک الکترولیت غوطه ور می شوند ، یک اختلاف پتانسیل بین این فلزات ایجاد می شود. مشخص است که وقتی برخی ترکیبات خاص به آب اضافه می شوند ، حل می شوند و یون های منفی و مثبتی تولید می کنند. به این نوع ترکیب الکترولیت گفته می شود. نمونه های رایج الکترولیت تقریباً انواع نمک ، اسید و پایه و غیره است. انرژی آزاد شده هنگام پذیرش الکترون توسط یک اتم خنثی به عنوان انرژی خروج شناخته می شود. از آنجا که ساختار اتمی برای مواد مختلف متفاوت است ، میل الکترون یا انرژی خروج مواد مختلف متفاوت خواهد بود.

اگر دو نوع فلز مختلف در همان محلول الکترولیت غوطه ور شوند ، یکی از آنها الکترون ها را بدست می آورد و دیگری الکترون ها را آزاد می کند. کدام فلز (یا ترکیب فلزی) الکترون را بدست می آورد و الکترون ها را از دست می دهد ، به وابستگی یا میل الکترونی این فلزات بستگی دارد. فلز با میل الکترون کم ، الکترونها را از یونهای منفی محلول الکترولیت بدست می آورد. از طرف دیگر ، فلز با میل به الکترون بالا ، الکترون ها را آزاد می کند و این الکترون ها در محلول الکترولیت بیرون می آیند و به یون های مثبت محلول اضافه می شوند. به این ترتیب ، یکی از این فلزات الکترون را بدست می آورد و دیگری الکترون ها را از دست می دهد. در نتیجه ، تفاوت در غلظت الکترون بین این دو فلز وجود خواهد داشت. این اختلاف در غلظت الکترون باعث اختلاف پتانسیل الکتریکی در بین فلزات می شود. این اختلاف پتانسیل الکتریکی یا emf می تواند به عنوان منبع ولتاژ در هر الکترونیک یا مدار الکتریکی مورد استفاده قرار گیرد. این یک اصل کلی و اساسی باتری است و به این ترتیب باتری کار می کند.

تمام سلول های باتری فقط بر اساس این اصل اساسی ساخته شده اند. بیایید یک به یک بحث کنیم. همانطور که قبلاً نیز گفتیم ، Alessandro Volta اولین سلول باتری را توسعه داد و این سلول به عنوان سلول ولتای ساده معروف است. این نوع سلول ساده بسیار آسان ایجاد می شود. یک ظرف را برداشته و آن را با الکترولیت با اسید سولفوریک رقیق پر کنید. حالا ما یک روی و یک میله مسی را در محلول غوطه ور می کنیم و آنها را به وسیله یک بار الکتریکی به بیرون وصل می کنیم. اکنون سلول ولتای ساده شما به اتمام رسیده است. جریان از طریق بار خارجی شروع می شود.

روی در اسید سولفوریک رقیق شده الکترونها را به صورت  زیر آزاد می کند:

2

این یونهای روی Zn+ +  در داخل الکترولیت عبور می کنند و هر یک از یونهای روی Zn+ +  دو الکترون را در میله می گذارند. در نتیجه به وسیله واکنش اکسیداسیون فوق الکترود روی منفی شارژ می شود و از این رو به عنوان کاتد عمل می کند. در نتیجه ، غلظت یون های روی Zn + + در نزدیکی کاتد در الکترولیت افزایش می یابد.

طبق خاصیت الکترولیت ، اسید سولفوریک رقیق شده و آب قبلاً در یون های هیدروونیوم مثبت و یون های سولفات منفی از هم جدا شده اند:

با توجه به غلظت بالای یون های روی + +( Zn+ +) در نزدیکی کاتد ، یون های H3O+  به سمت الکترود مس دفع می شوند و با جذب الکترون ها از اتم های میله مسی دشارژ می شوند. واکنش زیر در آند صورت می گیرد:

3

در نتیجه واکنش کاهش در الکترود مس ، میله مسی مثبت بارگذاری می شود و از این رو مانند یک آند عمل می کند.

سلول دنیلی

سلول دانیلی شامل یک ظرف مسی است که حاوی محلول سولفات مس است. ظرف مسی خود به عنوان الکترود مثبت عمل می کند. یک گلدان متخلخل حاوی اسید سولفوریک رقیق شده در ظرف مسی قرار می گیرد. یک میله روی آمیخته شده ، که درون اسید سولفوریک فرو رفته است ، به عنوان الکترود منفی عمل می کند.

اسید سولفوریک رقیق شده در گلدان متخلخل با روی واکنش نشان می دهد و در نتیجه هیدروژن کامل می شود. واکنش به شرح زیر است:

5

تشکیل ZnSO4 در ظرف متخلخل تا زمانی که کریستالهای ZnSO4 ته نشین نشوند ، روی کارکرد سلول تأثیر نمی گذارد. گاز هیدروژن از گلدان متخلخل عبور می کند و با محلول CuSO4 به شرح زیر واکنش نشان می دهد:

فرمول

مس به این ترتیب در ته ظرف مسی ته نشین می شود.

محصولات مرتبط