Baterietan gertatzen diren erreakzio kimikoak
Bateriak gizateriaren historiako berrikuntza esanguratsuenetako bat bihurtu dira, erlojuak eta auto elektrikoak bezalako gailuak elikatzen dituzte. Bateria baten funtzionamenduaren gakoa barruan gertatzen diren erreakzio kimikoak dira. Artikulu honek bateria mota desberdinen funtzionamenduaren oinarrian dauden erreakzio kimikoak aztertuko ditu.
Baterien historia laburra
Alessandro Voltak asmatu zuen lehenengo bateria 1800. urtean. "Voltaiko Pila" sortu zuen, gatz-disoluzio batean bustitako oihal batez bereizitako kobrezko eta zinkezko plaken pila bat erabiltzen zuena. Asmakizun honek bateria eraginkorragoak eta eramangarriagoen garapenerako bidea ireki zuen.
Baterien oinarrizko printzipioak
Bateria guztien oinarrizko printzipioa erreakzio kimiko baten bidez elektrizitatea sortzea da. Bateria bakoitzak hiru osagai nagusi ditu: anodo bat, katodo bat eta elektrolito bat.
– Anoda adalah elektroda negatif yang melepaskan elektron selama reaksi elektrokimia.
– Katoda adalah elektroda positif yang menerima elektron.
– Elektrolit adalah medium yang memungkinkan pergerakan ion antara anoda dan katoda, memfasilitasi reaksi kimia.
Reaksi yang terjadi dalam baterai disebut sebagai reaksi redoks (reduksi-oksidasi). Di anoda, terjadi reaksi oksidasi, sementara di katoda terjadi reaksi reduksi.
Bateria alkalinoa
Pila alkalinoak dira bateria mota erabilienetako bat. Normalean potentzia txikiko gailuetan erabiltzen dira, hala nola telebistako urrutiko aginteetan eta linternetan.
Komponen
– Anoda : Seng (Zn)
– Katoda : Mangan dioksida (MnO₂)
– Elektrolit : Kalium hidroksida (KOH)
Erreakzio kimikoa
Bateria alkalino batean, gertatzen den erreakzioa hau da:
– Anoda (Oksidasi) :
Zn (s) + 2 OH⁻ (aq) → Zn(OH)₂ (s) + 2 e⁻
– Katoda (Reduksi) :
2 MnO₂ (s) + 2 H₂O (l) + 2 e⁻ → 2 MnO(OH)₂ (s) + 2 OH⁻ (aq)
Sortutako erreakzio osoa hau da:
Zn(s) + 2 MnO₂(s) → ZnO(s) + Mn₂O₃(s)
Erreakzio honetan, anodoko zinka oxidatzen da zink oxidoa (ZnO) sortzeko, eta katodoko manganeso dioxidoa Mn₂O₃-ra erreduzitzen da.
Berun-azidozko bateria
Berun-azido bateriak ibilgailu motordunetan abiarazteko energia-iturri gisa erabiltzen diren bateria mota dira ezagunenak. Bateria hauek UPS (eten gabeko elikatze-iturri) energia biltegiratzeko sistemetan ere aurkitzen dira maiz.
Komponen
– Anoda : Timbal (Pb)
– Katoda : Timbal dioksida (PbO₂)
– Elektrolit : Asam sulfat (H₂SO₄)
Erreakzio kimikoa
Berun-azidozko bateria batean, gertatzen den erreakzioa hau da:
– Anoda (Oksidasi) :
Pb(s) + SO₄²⁻ (aq) → PbSO₄(s) + 2 e⁻
– Katoda (Reduksi) :
PbO₂ (s) + SO₄²⁻ (aq) + 4 H⁺ (aq) + 2 e⁻ → PbSO₄ (s) + 2 H₂O (l)
Sortutako erreakzio osoa hau da:
Pb (s) + PbO₂ (s) + 2 H₂SO₄ (aq) → 2 PbSO₄ (s) + 2 H₂O (l)
Asam sulfatoa bertindak sebagai elektrolit yang memfasilitasi transfer ion antara anoda dan katoda. Ketika baterai diisi ulang, reaksi ini dibalik, mengembalikan Pb dan PbO₂ ke elektroda mereka masing-masing.
Litio-ioizko bateria
Litio-ioizko bateriak bateria moderno mota ezagunenetako bat dira, eta gailu elektroniko eramangarrietan erabiltzen dira, hala nola telefono mugikorretan, ordenagailu eramangarrietan eta auto elektrikoetan.
Komponen
– Anoda : Grafit yang diinterkalasi dengan ion lithium (LiC₆)
– Katoda : Padatan berlapis seperti lithium kobalt oksida (LiCoO₂), lithium mangan oksida (LiMn₂O₄), atau lithium besi fosfat (LiFePO₄)
– Elektrolit : Campuran cair polimer yang mengandung garam lithium
Erreakzio kimikoa
Litio-ioizko baterietan, gertatzen diren erreakzioak hauek dira:
– Anoda (Pengosongan) :
LiC₆ → C₆ + Li⁺ + e⁻
– Katoda (Pengosongan) :
LiCoO₂ + Li⁺ + e⁻ → LiCoO₂
Deskargatzean sortzen den erreakzio osoa hau da:
C₆Li + LiCoO₂ → C₆ + CoO₂ + Li₂O
Alderantzizko erreakzioa gertatzen da bateria kargatzen denean. Kargatzen ari den bitartean, litio ioiak katodotik grafitozko anodora itzultzen dira.
Nikel-Kadmio (NiCd) Bateria
Nikel-kadmio bateriak aspalditik erabili izan dira kargatzeko eta deskargatzeko ziklo maiz egin behar diren aplikazioetarako, hala nola erreminta elektrikoetarako eta gailu medikoetarako.
Komponen
– Anoda : Cadmium (Cd)
– Katoda : Nikel oksida hidroksida (NiO(OH))
– Elektrolit : Kalium hidroksida (KOH)
Erreakzio kimikoa
Nikel-Kadmio bateria batean, gertatzen den erreakzioa hau da:
– Anoda (Oksidasi) :
Cd (s) + 2 OH⁻ (aq) → Cd(OH)₂ (s) + 2 e⁻
– Katoda (Reduksi) :
2 NiO(OH)₂ (s) + 2 H₂O (l) + 2 e⁻ → 2 Ni(OH)₂ (s) + 2 OH⁻ (aq)
Sortutako erreakzio osoa hau da:
Cd (s) + 2 NiO(OH) (s) + 2 H₂O (l) → Cd(OH)₂ (s) + 2 Ni(OH)₂ (s)
Erreakzio honetan, anodoko kadmioa kadmio hidroxido bihurtzen da, eta katodoko nikel oxido hidroxidoa, berriz, nikel hidroxido bihurtzen da.
Ondorioa
Bateriek funtsezko zeregina dute gure bizitza modernoan, eta haien barruan gertatzen diren erreakzio kimikoak ulertzea funtsezkoa da teknologia eraginkorragoak garatzeko. Bateria alkalino sinpleak edo litio-ioizko bateria sofistikatuak izan, bateria guztiek erredox erreakzioen oinarrizko printzipioan oinarritzen dira elektrizitatea sortzeko. Ikerketan eta berrikuntza teknologikoan egindako aurrerapenekin, etorkizuneko bateriak eraginkorragoak, iraunkorragoak eta ingurumena errespetatzen dutenak izatea espero dezakegu.
Bateria hauen oinarri kimikoak ulertuz, hobeto estimatu dezakegu gure eguneroko bizitzako alderdi asko elikatzen dituen teknologia.
