باتری چگونه کار می کند؟ اصول کار باتری

باتری چگونه کار میکند؟ اصول کار باتری

باتری با اکسیداسیون و واکنش کاهش یک الکترولیت با فلزات کارمیکند. هنگامی که دو ماده فلزی متفاوت ، به نام الکترود ، در یک الکترولیت رقیق شده قرار می‌گیرند ، بسته به وابستگی الکترون الکترودها ، در اکسیداسیون ها‌به ترتیب در اکسیداسیون واکنش وکاهش شرکت می‌کنند. در نتیجه واکنش اکسیداسیون ، یک الکترود منفی به نام کاتد باردار می‌شود و به دلیل واکنش کاهش ، الکترود دیگر بار مثبت دار می‌شود که به نام آند است. کاتد ترمینال منفی را تشکیل می‌دهد درحالی که آند ترمینال مثبت یک باتری را تشکیل می‌دهد.

برای درک صحیح اصول باتری ، ابتدا باید مفهوم اساسی الکترولیت‌ها و میل الکترون‌ها (انرژی خروج یا الکترون خواهی نیز می توان ترجمه کرد) را بفهمیم. در واقع ، هنگامی که دو فلز متفاوت در یک الکترولیت غوطه ور می‌شوند ، یک اختلاف پتانسیل بین این فلزات ایجاد می‌شود. مشخص است که وقتی برخی ترکیبات خاص به آب اضافه می‌شوند ، حل می شوند و یون های‌منفی و مثبتی تولید می‌کنند. به این نوع ترکیب الکترولیت میگویند. نمونه های‌رایج الکترولیت تقریباً انواع نمک ، اسید و پایه و غیره‌است. 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 خواهدبود.

همچنین

اگر دو نوع فلز مختلف در همان محلول الکترولیت غوطه ور شوند ، یکی از آنها الکترون هارا بدست می‌آورد و دیگری الکترون ها را آزاد می‌کند. کدام فلز (یا ترکیب فلزی) الکترون را بدست می‌آورد و الکترون ها را از دست می‌دهد ، به وابستگی یا میل الکترونی این فلزات بستگی دارد. فلز با میل الکترون کم ، الکترونها را از یون‌ های‌منفی محلول الکترولیت بدست می‌آورد. از طرف دیگر ، فلز با میل به الکترون بالا ، الکترون ها را آزاد می‌کند و این الکترون ها در محلول الکترولیت بیرون می‌آیند و به یون های‌مثبت محلول اضافه می‌شوند.

به این ترتیب ، یکی از این فلزات الکترون را بدست می‌آورد و دیگری الکترون هارا از دست می‌دهد. 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 می‌شود. این اختلاف پتانسیل الکتریکی یا emf می‌تواند 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 می‌کند.

در ادامه

تمام سلول‌های باتری فقط بر اساس این اصل اساسی ساخته شده‌اند. 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 معروف‌است. این نوع سلول ساده بسیار آسان ایجادمی‌شود. یک ظرف رابرداشته و آن را باالکترولیت با اسید سولفوریک رقیق پرکنید. حالا ما یک روی و یک میله مسی را در محلول غوطه ور می‌کنیم و آنها را به وسیله یک بار الکتریکی به بیرون وصل می‌کنیم. اکنون سلول ولتای ساده شما به اتمام رسیده‌است. جریان از طریق بار خارجی شروع می‌شود.

+–+–+–+–+–+–+–+–+–+–+–+–+–+–+–+–+–+–+–+–+–

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

این یونهای روی Zn^{+ +} در داخل الکترولیت عبور می‌کنند و هر یک از یونهای روی Zn^{+ +} دو الکترون را در میله‌می‌گذارند. در نتیجه به وسیله واکنش اکسیداسیون فوق الکترود روی منفی شارژ می شود و از این رو به عنوان کاتد عمل‌می‌کند. در نتیجه ، غلظت یون های روی Zn^{+ +}در نزدیکی کاتد در الکترولیت افزایش می‌یابد.

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

باتوجه به غلظت بالای یون های‌روی + +( Zn^{+ +}) در نزدیکی کاتد ، یون های H₃O⁺ به سمت الکترود مس دفع‌می‌شوند و با جذب الکترون‌ها از اتم های‌میله مسی دشارژ می‌شوند. واکنش زیر در آند صورت‌می‌گیرد:

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

سلول دنیلی

سلول دانیلی شامل یک ظرف مسی‌است که حاوی محلول سولفات مس‌است. ظرف مسی خود به عنوان الکترود مثبت عمل می‌کند. یک گلدان متخلخل حاوی اسید سولفوریک رقیق شده در ظرف مسی قرار می‌گیرد. یک میله روی آمیخته‌شده ، که درون اسید سولفوریک فرو رفته است ، به عنوان الکترود منفی عمل‌می‌کند.

دانیل سلولی

اسید سولفوریک رقیق شده

در گلدان متخلخل با روی واکنش نشان می‌دهد

و در نتیجه هیدروژن کامل می‌شود. واکنش به شرح زیر است:

تشکیل ZnSO₄ در ظرف متخلخل تا زمانی که کریستالهای ZnSO₄ ته نشین نشوند ، روی کارکرد سلول تأثیر نمی‌گذارد. گاز هیدروژن از گلدان متخلخل ~~عبور‌می‌کند~~ و با محلول CuSO₄ به شرح زیر واکنش نشان می‌دهد: