Хемиски реакции што се случуваат во батериите
Батериите станаа една од најзначајните иновации во човечката историја, напојувајќи уреди од часовници до електрични автомобили. Клучот за функционалноста на батеријата се хемиските реакции што се случуваат во неа. Оваа статија ќе ги разгледа хемиските реакции што лежат во основата на работата на различните видови батерии.
Кратка историја на батериите
Првата батерија ја измислил Алесандро Волта во 1800 година. Тој го создал „Волтскиот куп“, кој користел куп од бакарни и цинкови плочи одделени со ткаенина натопена во раствор од сол. Овој изум го отворил патот за развој на поефикасни и преносливи батерии.
Основни принципи на батериите
Основниот принцип на сите батерии е да произведуваат електрична енергија преку хемиска реакција. Секоја батерија се состои од три главни компоненти: анода, катода и електролит.
– 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.
Алкална батерија
Алкалните батерии се еден од најчесто користените типови батерии. Тие обично се користат во уреди со мала потрошувачка на енергија како што се далечински управувачи за телевизори и фенери.
Компонента
– Anoda : Seng (Zn)
– Katoda : Mangan dioksida (MnO₂)
– Elektrolit : Kalium hidroksida (KOH)
Хемиска реакција
Во алкална батерија, реакцијата што се случува е:
– 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)⁻ (s) + 2 OH⁻ (aq)
Вкупната произведена реакција е:
Zn(s) + 2 MnO₂(s) → ZnO(s) + Mn₂O₃(s)
За време на оваа реакција, цинкот на анодата се оксидира за да се произведе цинк оксид (ZnO), додека манган диоксидот на катодата се редуцира до Mn₂O₃.
Оловно-киселинска батерија
Оловно-киселинските батерии се најпознати како тип на батерија што се користи во моторните возила како извор на енергија за стартување. Овие батерии често се наоѓаат и во системи за складирање енергија во UPS (Uninterruptible Power Supplies).
Компонента
– Anoda : Timbal (Pb)
– Katoda : Timbal dioksida (PbO₂)
– Elektrolit : Asam sulfat (H₂SO₄)
Хемиска реакција
Во оловно-киселинска батерија, реакцијата што се случува е:
– 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)
Вкупната произведена реакција е:
Pb (s) + PbO₂ (s) + 2 H₂SO₄ (aq) → 2 PbSO₄ (s) + 2 H₂O (l)
Асам сулфат 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.
Литиум-јонска батерија
Литиум-јонските батерии се еден од најпопуларните видови модерни батерии, кои се користат во преносни електронски уреди како што се мобилни телефони, лаптопи и електрични автомобили.
Компонента
– 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
Хемиска реакција
Кај литиум-јонските батерии, реакциите што се случуваат се:
– Anoda (Pengosongan) :
LiC₆ → C₆ + Li⁺ + e⁻
– Katoda (Pengosongan) :
LiCoO2 + Li+ + e- → LiCoO2
Вкупната реакција што произлегува за време на празнењето е:
C₆Li + LiCoO2 → C6 + CoO2 + Li2O
Обратната реакција се случува кога батеријата се полни. За време на полнењето, литиумските јони се враќаат од катодата на графитната анода.
Никел-кадмиумска (NiCd) батерија
Никел-кадмиумските батерии долго време се користат за апликации кои бараат чести циклуси на полнење и празнење, како што се електричните алати и медицинските уреди.
Компонента
– Anoda : Cadmium (Cd)
– Katoda : Nikel oksida hidroksida (NiO(OH))
– Elektrolit : Kalium hidroksida (KOH)
Хемиска реакција
Во никел-кадмиумска батерија, реакцијата што се случува е:
– Anoda (Oksidasi) :
Cd(s) + 2OH⁻ (aq) → Cd(OH)₂ (s) + 2e⁻
– Katoda (Reduksi) :
2 NiO(OH)₂ (s) + 2 H₂O (l) + 2 e⁻ → 2 Ni(OH)₂ (s) + 2 OH⁻ (aq)
Вкупната произведена реакција е:
Cd (s) + 2 NiO(OH) (s) + 2 H2O (l) → Cd(OH)2 (s) + 2 Ni(OH)2 (s)
Во оваа реакција, кадмиумот на анодата се оксидира до кадмиум хидроксид, додека никел оксид хидроксидот на катодата се редуцира до никел хидроксид.
Заклучок
Батериите играат витална улога во нашиот современ живот, а разбирањето на хемиските реакции што се случуваат во нив е клучно за развој на поефикасни технологии. Без разлика дали се едноставни алкални батерии или софистицирани литиум-јонски батерии, сите батерии се потпираат на фундаменталниот принцип на редокс реакции за производство на електрична енергија. Со напредокот во истражувањето и технолошките иновации, можеме да очекуваме идните батерии да станат поефикасни, потрајни и еколошки.
Со разбирање на хемиските основи зад овие батерии, можеме подобро да ја цениме технологијата што напојува многу аспекти од нашиот секојдневен живот.
