Piller Neden Düzleşiyor?

İçerik

• Pillerin Hücre Kimyası
• İpuçları
• Kimyasal Hücrenin Tarihçesi
• Şarj Edilebilir Piller Nasıl Düzleşir
• Şarj Edilebilir Pil Uygulamaları
• Akü Reaksiyonları Fiziği
• Galvanik Hücrenin Gerilimi

Muhtemelen pillerin boşalmasıyla karşılaşmışsınızdır, eğer elektronik cihazlarda kullanmaya çalışıyorsanız, bu bir sıkıntıdır. Pillerin hücre kimyası, nasıl düz çalıştıkları dahil olmak üzere nasıl çalıştıklarını gösterir.

Pillerin Hücre Kimyası

İpuçları

Bu ilişkiyi hatırlamak için, "OILRIG" kelimesini hatırlayabilirsiniz. Bu size söyler oksidasyon kaybı (“YAĞ”) ve azaltma kazançtır (“RIG”) elektronların. anotlar ve katotlar için hatırlatıcıs, "ANode" nin "OXidation" ile kullanıldığını ve "CATuction" da "REDuction" yapıldığını hatırlamak için "ANOX REDCAT" dir.

Birincil hücreler ayrıca, bir tuz köprüsü veya gözenekli bir zar ile bağlanan bir iyonik çözelti içerisinde farklı metallerin ayrı ayrı yarım hücreleri ile de çalışabilir. Bu hücreler, bataryalara sayısız kullanım sağlar.

Alkalin pillerözel olarak bir çinko anot ve bir magnezyum katodu arasındaki reaksiyonu kullanan, fenerler, taşınabilir elektronik cihazlar ve uzaktan kumandalar için kullanılır. Popüler pil elemanlarının diğer örnekleri arasında lityum, cıva, silikon, gümüş oksit, kromik asit ve karbon bulunur.

Mühendislik tasarımları, enerjiyi korumak ve yeniden kullanmak için pillerin boşalma şeklinden yararlanabilir. Düşük maliyetli ev pilleri genellikle, çinko geçirirse tasarlanan karbon çinko pilleri kullanır galvanik korozyonBir metalin tercihan aşındığı bir işlem olan batarya, kapalı elektron devresinin bir parçası olarak elektrik üretebilir.

Piller hangi sıcaklıkta patlar? Lityum-iyon pillerin hücre kimyası, bu pillerin yaklaşık 1000 ° C'de patlamalarına neden olan kimyasal reaksiyonlara başladığı anlamına gelir. İçlerindeki bakır malzeme erir ve bu da iç damarların kırılmasına neden olur.

Kimyasal Hücrenin Tarihçesi

1836'da İngiliz kimyager John Frederic Daniell Daniell hücresi içinde biri tarafından üretilen hidrojenin diğeri tarafından tüketilmesine izin vermek için sadece biri yerine iki elektrolit kullandığı. Zamanın pillerinde sıkça kullanılan sülfürik asit yerine çinko sülfat kullandı.

Ondan önce, bilim adamları hızlı bir şekilde güç kaybına uğrayan, spontan bir reaksiyon kullanan bir tür kimyasal hücre olan voltaik hücreleri kullandılar. Daniell, fazla hidrojenin kabarcıklaşmasını önlemek ve pilin hızlı bir şekilde aşınmasını önlemek için bakır ve çinko plakalar arasında bir bariyer kullandı. Çalışmaları metal üretmek için elektrik enerjisi kullanma yöntemi olan telgraf ve elektrometalurjide yeniliklere yol açacak.

Şarj Edilebilir Piller Nasıl Düzleşir

İkincil hücrelerÖte yandan, şarj edilebilir. Depolama pili, ikincil hücre veya akümülatör olarak da adlandırılan şarj edilebilir pil, katot ve anot birbirleriyle bir devrede bağlandıklarında zamanla yükü depolar.

Yüklerken, nikel oksit hidroksit gibi pozitif aktif metal okside olur, elektronlar yaratır ve kaybeder, kadmiyum gibi negatif madde azalır, elektronları yakalar ve kazanırlar. Akü, harici voltaj kaynağı olarak alternatif akım elektriği dahil olmak üzere çeşitli kaynaklar kullanarak şarj boşaltma döngüleri kullanır.

Tekrar kullanımdan sonra şarj edilebilir piller hala boşalabilir çünkü reaksiyona dahil olan malzemeler şarj olma ve yeniden şarj olma yeteneklerini kaybeder. Bu batarya sistemleri yıprandıkça, bataryaların boşalmasının farklı yolları vardır.

Piller rutin olarak kullanıldığı için, kurşun-asit piller gibi bir kısmı şarj olma özelliğini kaybedebilir. Lityum-iyon pillerin lityumu şarj-deşarj döngüsüne tekrar giremeyen reaktif lityum metal olabilir. Sıvı elektrolitli aküler, buharlaşma veya aşırı şarj nedeniyle nemlerinde düşebilir.

Şarj Edilebilir Pil Uygulamaları

Bu aküler genellikle otomobillerde marş motorlarında, tekerlekli sandalyelerde, elektrikli bisikletlerde, elektrikli el aletlerinde ve akü depolama güç istasyonlarında kullanılır. Bilim adamları ve mühendisler, hibrit içten yanmalı batarya ve elektrikli araçlarda güç kullanımlarında daha etkili ve daha uzun ömürlü olmalarını sağladılar.

Şarj edilebilir kurşun-asit batarya su moleküllerini kırar ('H₂Ö) sulu hidrojen çözeltisine ('H⁺) ve oksit iyonları (Ö^2-su tahribatını kaybettiği için kopmuş bağdan elektrik enerjisi üreten. Sulu hidrojen çözeltisi bu oksit iyonlarıyla reaksiyona girdiğinde, güçlü O-H bağları bataryaya güç vermek için kullanılır.

Akü Reaksiyonları Fiziği

Bu kimyasal enerji, yüksek enerjili reaktanları daha düşük enerjili ürünlere dönüştüren bir redoks reaksiyonuna güç verir. Tepkenler ve ürünler arasındaki fark, tepkimenin gerçekleşmesini sağlar ve kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürerek bataryaya bağlandığında bir elektrik devresi oluşturur.

Galvanik bir hücrede, metalik çinko gibi reaktifler, reaksiyonun dış kuvvet olmadan kendiliğinden gerçekleşmesini sağlayan yüksek bir serbest enerjiye sahiptir.

Anotta ve katotta kullanılan metaller, kimyasal reaksiyonu harekete geçirebilen kafes yapışkan enerjilerine sahiptir. Kafes birleştirici enerjisi, metali birbirinden ayıran atomları ayırmak için gereken enerjidir. Metalik çinko, kadmiyum, lityum ve sodyum sıklıkla kullanılır çünkü elektronları bir elementten çıkarmak için gereken minimum enerji yüksek iyonlaşma enerjilerine sahiptir.

Aynı metal iyonları tarafından tahrik edilen galvanik hücreler, Gibbs serbest enerjisinin reaksiyonu ilerletmesine neden olmak için serbest enerjideki farklılıkları kullanabilir. Gibbs serbest enerjisi bir termodinamik işlemin kullandığı iş miktarını hesaplamak için kullanılan başka bir enerji şeklidir.

Bu durumda, standart Gibbs serbest enerjisindeki değişim G,^Ö _ gerilimi veya elektromotor kuvveti yönlendirir^Ö volt cinsinden, denkleme göre E^Ö = -Δ_rG,^Ö / (v_e x F) içinde v_e reaksiyon sırasında aktarılan elektronların sayısıdır ve F Faradays sabittir (F = 96485.33 C mol⁻¹).

Δ_rG,^Ö _ denklemin Gibbs serbest enerjisindeki değişimi kullandığını gösterir (_Δ_rG,^Ö = __G_nihai - G,_ilk). Reaksiyon mevcut serbest enerjiyi kullandıkça entropi artar. Daniell hücresinde, çinko ve bakır arasındaki kafes bağlanmış enerji farkı, reaksiyon oluştuğunda Gibbs'in serbest enerji farkının çoğunu oluşturur. Δ_rG,^Ö = -213 kJ / mol; bu, ürünlerin ve reaktiflerin Gibbs serbest enerjisindeki farktır.

Galvanik Hücrenin Gerilimi

Galvanik bir hücrenin elektrokimyasal reaksiyonunu, oksidasyon ve indirgeme işlemlerinin yarı reaksiyonlarına ayırırsanız, hücrede kullanılan toplam voltaj farkını elde etmek için ilgili elektromotor kuvvetlerini toplayabilirsiniz.

Örneğin, tipik bir galvanik hücre, CuSO kullanabilir₄ ve ZnSO₄ standart potansiyel yarı reaksiyonlar: Cu²⁺ + 2 e⁻ ⇌ Cu karşılık gelen bir elektromotor potansiyeli olan E^Ö = +0.34 V ve Zn²⁺ + 2 e⁻ N Zn potansiyeli olan E^Ö = −0,76 V.

Genel reaksiyon için, Cu²⁺ + Zn ⇌ Cu + Zn²⁺ elde etmek için elektromotor kuvvetin işaretini çevirirken çinko için yarı reaksiyon denklemini "çevirebilirsiniz" Zn ⇌ Zn²⁺ + 2 e⁻ ile E^Ö = 0.76 V. Genel reaksiyon potansiyeli, elektromotor kuvvetlerinin toplamı, o zaman +0,34 V - (± 0.76 V) = 1.10 V.