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.
– Anodoa erreakzio elektrokimiko batean elektroiak askatzen dituen elektrodo negatiboa da.
- Katodoa elektroiak jasotzen dituen elektrodo positiboa da.
– Elektrolitoa anodoaren eta katodoaren artean ioien mugimendua ahalbidetzen duen ingurunea da, erreakzio kimikoak erraztuz.
Bateria batean gertatzen diren erreakzioei erredox (erredukzio-oxidazio) erreakzioak deritze. Anodoan oxidazio-erreakzio bat gertatzen da, eta katodoan, berriz, erredukzio-erreakzio bat.
Bateria alkalinoa
Pila alkalinoak dira bateria mota erabilienetako bat. Normalean potentzia txikiko gailuetan erabiltzen dira, hala nola telebistako urrutiko aginteetan eta linternetan.
Komponen
– Anodoa: Zinka (Zn)
– Katodoa: Manganeso dioxidoa (MnO₂)
– Elektrolitoa: Potasio hidroxidoa (KOH)
Erreakzio kimikoa
Bateria alkalino batean, gertatzen den erreakzioa hau da:
– Anodoa (oxidazioa):
Zn (s) + 2 OH⁻ (aq) → Zn(OH)₂ (s) + 2 e⁻
– Katodoa (Murrizketa):
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
– Anodoa: Beruna (Pb)
– Katodoa: Berun dioxidoa (PbO₂)
– Elektrolitoa: Azido sulfurikoa (H₂SO₄)
Erreakzio kimikoa
Berun-azidozko bateria batean, gertatzen den erreakzioa hau da:
– Anodoa (oxidazioa):
Pb(s) + SO₄²⁻ (aq) → PbSO₄(s) + 2 e⁻
– Katodoa (Murrizketa):
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)
Azido sulfurikoak elektrolito gisa jokatzen du, anodoaren eta katodoaren arteko ioien transferentzia erraztuz. Bateria kargatzen denean, erreakzio hau alderantzikatzen da, Pb eta PbO₂ dagokien elektrodoetara itzuliz.
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
– Anodoa: litio ioiekin tartekatutako grafitoa (LiC₆)
– Katodoa: Geruzadun solidoa, hala nola litio kobalto oxidoa (LiCoO₂), litio manganeso oxidoa (LiMn₂O₄) edo litio burdin fosfatoa (LiFePO₄)
– Elektrolitoa: Litio gatzak dituen polimeroen nahasketa likidoa.
Erreakzio kimikoa
Litio-ioizko baterietan, gertatzen diren erreakzioak hauek dira:
– Anodoa (Deskarga):
LiC₆ → C₆ + Li⁺ + e⁻
– Katodoa (Deskarga):
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
– Anodoa: Kadmioa (Cd)
– Katodoa: Nikel oxido hidroxidoa (NiO(OH)
– Elektrolitoa: Potasio hidroxidoa (KOH)
Erreakzio kimikoa
Nikel-Kadmio bateria batean, gertatzen den erreakzioa hau da:
– Anodoa (oxidazioa):
Cd (s) + 2 OH⁻ (aq) → Cd(OH)₂ (s) + 2 e⁻
– Katodoa (Murrizketa):
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.
