مقالات, مقالات باتری و UPS
پیل ولتایی(سلول ولتايي) ساختار و نحوه ی کار
دی
در این مقاله قصد داریم در مورد پیل ولتایی، ساختار و عملکرد آن صحبت کنیم.
فهرست مطالب
1- پیل ولتایی و ساختار آن
2- عملکرد پیل ولتایی
————————————————–
1- پیل ولتایی و ساختار آن
یک – پیل ولتایی – سلول ولتایی ساده با قرار‌دادن یک صفحه روی و یک صفحه‌مسی درون محلول رقیق‌شده اسید سولفوریک ساخته می‌شود.
همانطور که در شکل نشان داده‌شده‌است، اگر صفحه‌مسی و صفحه روی به یک بار الکتریکی به بیرون متصل شوند، جریان الکتریکی از صفحه مسی به صفحه روی از طریق بار جریان می‌یابد.
این بدان معنی‌است که اختلاف پتانسیل الکتریکی بین صفحه‌مسی و صفحه روی ایجاد شده‌است. از آنجا که جریان از مس به روی جریان می‌یابد، بدیهی‌است که صفحه مسی بار مثبت می‌شود و صفحه روی بار منفی می‌شود.
————————————————–
2- عملکرد پیل ولتایی
اصول کار سلول ولتایی به این صورت‌است که هر زمان دو فلز متفاوت در داخل یک محلول الکترولیت قرار‌داده‌شوند ، فلز واکنش پذیر تر تمایل به حل‌شدن در الکترولیت‌ها را به عنوان یونهای فلزی مثبت نشان می‌دهد
و الکترونها را در صفحه فلزی نگه می‌دارد. این پدیده باعث می شود صفحه فلزی واکنش پذیرتر بار منفی داشته‌باشد.
فلز واکنش پذیر کمتر یونهای مثبت موجود در الکترولیت را جذب می‌کند و از این رو این یونهای مثبت روی صفحه رسوب می‌کنند و باعث می‌شوند صفحه مثبت شود.
در اینجا در این مورد از سلول ولتای ساده ، روی به عنوان یون مثبت از محلول اسید سولفوریک بیرون می آید و سپس با یون منفی SO4 − − محلول واکنش نشان می‌دهد و سولفات روی را تشکیل می‌دهد (ZnSO4).
از آنجا که مس واکنش کمتری دارد ، یونهای هیدروژن مثبت محلول اسید سولفوریک تمایل به رسوب در صفحه‌مسی دارند.
بیشتر خارج شدن یونها در محلول معنای تعداد بیشتری الکترون در صفحه روی‌است. این الکترونها سپس از طریق رسانای خارجی متصل‌شده بین صفحات روی و مس عبور می‌کنند.
با رسیدن به صفحه‌مسی ، این الکترونها با اتم‌های هیدروژن که در صفحه قرار گرفته‌اند ترکیب می‌شوند و اتم های هیدروژن خنثی را تشکیل می‌دهند.
این اتم‌ها سپس به صورت جفت ترکیب می‌شوند تا مولکول‌های گاز هیدروژن را تشکیل دهند و این گاز در آخر در طول صفحه‌مسی به شکل حباب‌های هیدروژن به وجود می‌آید.
عمل شیمیایی در داخل سلول ولتایی به شرح زیر‌است:
این عمل هنگامی متوقف می‌شود که پتانسیل تماس [2]بین Zn و اسید سولفوریک رقیق به مقدار 0.62 ولت برسد.
در حین کار یک سلول ولتایی، ورق روی محلول در پتانسیل پایین تری نسبت به محلول مجاور آن همانطور که در شکل زیر نشان داده‌شده‌است ، دارد.
به طور مشابه ، هنگامی که صفحه‌مس در تماس با الکترولیت قرار می‌گیرد .
یونهای هیدروژن مثبت موجود در محلول تمایل به رسوب روی آن را دارند
تا زمانی که پتانسیل آن تقریباً به 0.46 V ولت بالای آن محلول افزایش یابد.
اختلاف پتانسیل الکتریکی ایجاد‌شده در یک سلول ولتایی 0.62 − (− 0.46) = 1.08 Voltsاست.
در یک سلول ولتای ساده عموماً دو اشکال وجود‌دارد که به آن قطبی‌شدن [3]و عمل محلی [4]گفته‌می‌شود.
قطبی شدن سلول ولتاژ
مشاهده‌شده‌است که در این سلول ، جریان به تدریج کاهش می‌یابد و پس از مدت معینی از کارکرد آن ، ممکن‌است جریان به طور کلی متوقف شود. این کاهش جریان به دلیل رسوب هیدروژن در صفحه‌مسی است.
اگرچه هیدروژن به شکل حباب از سلول خارج می‌شود ، اما هنوز هم تشکیل لایه ای نازک از هیدروژن روی سطح صفحه وجود‌دارد.
این لایه به عنوان عایق الکتریکی عمل می‌کند ، در نتیجه مقاومت داخلی سلول را افزایش می‌دهد. به دلیل این لایه عایق ، یونهای هیدروژن بیشتر نمی توانند الکترونها را از صفحه‌مسی دریافت‌کرده و به شکل یون رسوب دهند.
این لایه از یونهای هیدروژن مثبت در صفحه مسی نیروی دافع‌کننده بر سایر یونهای هیدروژن که به صفحه مسی نزدیک می‌شوند ، اعمال می‌کند.
از این رو جریان کاهش می‌یابد. این پدیده به عنوان قطبی‌شدن شناخته‌می‌شود.
اقدام محلی سلول ولتایی
دیده‌می‌شود هنگامی که سلول یا پیل ولتایی هیچ جریان را تأمین نمی‌کند، روی به طور مداوم در الکترولیت حل‌می‌شود. این در شرایطی‌است که برخی از ناخالصی‌ها از قبیل آهن و سرب موجود در روی سلول‌های محلی‌هستند،
که توسط بدنه اصلی روی اتصال کوتاه‌هستند.
در واقع ناخالصی‌ها در داخل باطری باعث می‌شود که داخل خود باطری دشارژ اتفاق بی‌افتد
عملکرد این سلول‌های انگلی قابل کنترل نیست به طوری که مقداری از ضایعات روی وجود‌دارد.
این پدیده به عنوان عمل محلی شناخته‌می‌شود.
————————————————–
[1] Voltaic Cell
[2] contact potential
[4] local action