බැටරි වල සිදුවන රසායනික ප්රතික්රියා
මිනිස් ඉතිහාසයේ වඩාත්ම වැදගත් නවෝත්පාදනයන්ගෙන් එකක් බවට බැටරි පත්ව ඇති අතර, ඔරලෝසු වල සිට විදුලි මෝටර් රථ දක්වා උපාංග බලගන්වයි. බැටරියක ක්රියාකාරීත්වයේ යතුර වන්නේ එය තුළ සිදුවන රසායනික ප්රතික්රියා ය. මෙම ලිපියෙන් විවිධ වර්ගයේ බැටරිවල ක්රියාකාරිත්වයට පාදක වන රසායනික ප්රතික්රියා සාකච්ඡා කරනු ඇත.
බැටරි පිළිබඳ කෙටි ඉතිහාසයක්
පළමු බැටරිය 1800 දී ඇලෙස්සැන්ඩ්රෝ වෝල්ටා විසින් සොයා ගන්නා ලදී. ඔහු "වෝල්ටීය ගොඩවල්" නිර්මාණය කළේය, එය ලුණු ද්රාවණයක පොඟවා ගත් රෙදි වලින් වෙන් කරන ලද තඹ සහ සින්ක් තහඩු තොගයක් භාවිතා කළේය. මෙම නව නිපැයුම වඩාත් කාර්යක්ෂම හා අතේ ගෙන යා හැකි බැටරි සංවර්ධනය සඳහා මග පෑදීය.
බැටරි වල මූලික මූලධර්ම
සියලුම බැටරි වල මූලික මූලධර්මය වන්නේ රසායනික ප්රතික්රියාවක් හරහා විදුලිය ජනනය කිරීමයි. සෑම බැටරියක්ම ප්රධාන සංරචක තුනකින් සමන්විත වේ: ඇනෝඩයක්, කැතෝඩයක් සහ ඉලෙක්ට්රෝලය.
- ඇනෝඩය යනු විද්යුත් රසායනික ප්රතික්රියාවකදී ඉලෙක්ට්රෝන මුදාහරින සෘණ ඉලෙක්ට්රෝඩයයි.
- කැතෝඩය යනු ඉලෙක්ට්රෝන ලබා ගන්නා ධන ඉලෙක්ට්රෝඩයයි.
– විද්යුත් විච්ඡේදකයක් යනු ඇනෝඩය සහ කැතෝඩය අතර අයන චලනය වීමට ඉඩ සලසන මාධ්යයකි, එමඟින් රසායනික ප්රතික්රියා සඳහා පහසුකම් සපයයි.
බැටරියක සිදුවන ප්රතික්රියා රෙඩොක්ස් (අඩු කිරීමේ-ඔක්සිකරණ) ප්රතික්රියා ලෙස හැඳින්වේ. ඇනෝඩයේ දී ඔක්සිකරණ ප්රතික්රියාවක් සිදු වන අතර කැතෝඩයේ දී අඩු කිරීමේ ප්රතික්රියාවක් සිදු වේ.
ක්ෂාරීය බැටරි
ක්ෂාරීය බැටරි යනු බහුලව භාවිතා වන බැටරි වර්ග වලින් එකකි. ඒවා සාමාන්යයෙන් රූපවාහිනී දුරස්ථ පාලක සහ ෆ්ලෑෂ් ලයිට් වැනි අඩු බල උපාංගවල භාවිතා වේ.
කොම්පොනන්
– ඇනෝඩය: සින්ක් (Zn)
– කැතෝඩය: මැංගනීස් ඩයොක්සයිඩ් (MnO₂)
– ඉලෙක්ට්රෝලය: පොටෑසියම් හයිඩ්රොක්සයිඩ් (KOH)
රසායනික ප්රතික්රියාව
ක්ෂාරීය බැටරියක, සිදුවන ප්රතික්රියාව වන්නේ:
– ඇනෝඩය (ඔක්සිකරණය):
Zn(s) + 2 OH⁻ (aq) → Zn(OH)₂ (s) + 2 e⁻
– කැතෝඩය (අඩු කිරීම):
2 MnO₂ (s) + 2 H₂O (l) + 2 e⁻ → 2 MnO(OH) (s) + 2 OH⁻ (aq)
නිපදවන මුළු ප්රතික්රියාව:
Zn(s) + 2 MnO₂(s) → ZnO(s) + Mn₂O₃(s)
මෙම ප්රතික්රියාව අතරතුර, ඇනෝඩයේ සින්ක් ඔක්සිකරණය වී සින්ක් ඔක්සයිඩ් (ZnO) නිපදවන අතර, කැතෝඩයේ දී මැංගනීස් ඩයොක්සයිඩ් Mn₂O₃ දක්වා අඩු වේ.
ඊයම් අම්ල බැටරිය
මෝටර් රථවල ආරම්භක බල ප්රභවයක් ලෙස භාවිතා කරන බැටරි වර්ගය ලෙස ඊයම්-අම්ල බැටරි වඩාත් ප්රචලිතය. මෙම බැටරි බොහෝ විට UPS (Uninterruptible Power Supply) හි බලශක්ති ගබඩා පද්ධතිවල ද දක්නට ලැබේ.
කොම්පොනන්
– ඇනෝඩය: ඊයම් (Pb)
– කැතෝඩය: ඊයම් ඩයොක්සයිඩ් (PbO₂)
– විද්යුත් විච්ඡේදනය: සල්ෆියුරික් අම්ලය (H₂SO₄)
රසායනික ප්රතික්රියාව
ඊයම් අම්ල බැටරියක සිදුවන ප්රතික්රියාව මෙසේය:
– ඇනෝඩය (ඔක්සිකරණය):
Pb(s) + SO₄²⁻ (aq) → PbSO₄(s) + 2 e⁻
– කැතෝඩය (අඩු කිරීම):
PbO₂ (s) + SO₄²⁻ (aq) + 4 H⁺ (aq) + 2 e⁻ → PbSO₄ (s) + 2 H₂O (l)
නිපදවන මුළු ප්රතික්රියාව:
Pb(s) + PbO₂(s) + 2 H₂SO₄ (aq) → 2 PbSO₄(s) + 2 H₂O (l)
සල්ෆියුරික් අම්ලය විද්යුත් විච්ඡේදකයක් ලෙස ක්රියා කරන අතර, ඇනෝඩය සහ කැතෝඩය අතර අයන මාරු කිරීම පහසු කරයි. බැටරිය නැවත ආරෝපණය කළ විට, මෙම ප්රතික්රියාව ප්රතිලෝම කර, Pb සහ PbO₂ ඒවායේ අදාළ ඉලෙක්ට්රෝඩ වෙත ආපසු ලබා දෙයි.
ලිතියම්-අයන බැටරි
ලිතියම්-අයන බැටරි යනු නවීන බැටරි වල වඩාත් ජනප්රිය වර්ගයක් වන අතර ඒවා ජංගම දුරකථන, ලැප්ටොප් පරිගණක සහ විදුලි මෝටර් රථ වැනි අතේ ගෙන යා හැකි ඉලෙක්ට්රොනික උපාංගවල භාවිතා වේ.
කොම්පොනන්
– ඇනෝඩය: ලිතියම් අයන (LiC₆) සමඟ අන්තර් සම්බන්ධිත ග්රැෆයිට්
– කැතෝඩය: ලිතියම් කොබෝල්ට් ඔක්සයිඩ් (LiCoO₂), ලිතියම් මැංගනීස් ඔක්සයිඩ් (LiMn₂O₄), හෝ ලිතියම් යකඩ පොස්පේට් (LiFePO₄) වැනි ස්ථර ඝන ද්රව්ය.
– ඉලෙක්ට්රෝලය: ලිතියම් ලවණ අඩංගු පොලිමර්වල ද්රව මිශ්රණයකි.
රසායනික ප්රතික්රියාව
ලිතියම්-අයන බැටරි වල සිදුවන ප්රතික්රියා:
– ඇනෝඩය (විසර්ජනය):
LiC₆ → C₆ + Li⁺ + e⁻
– කැතෝඩය (විසර්ජනය):
LiCoO₂ + Li⁺ + e⁻ → LiCoO₂
විසර්ජනය අතරතුර සිදුවන මුළු ප්රතික්රියාව වන්නේ:
C₆Li + LiCoO₂ → C₆ + CoO₂ + Li₂O
බැටරිය නැවත ආරෝපණය කළ විට ප්රතිලෝම ප්රතික්රියාව සිදු වේ. ආරෝපණය කිරීමේදී ලිතියම්-අයන කැතෝඩයේ සිට ග්රැෆයිට් ඇනෝඩය වෙත ආපසු ගමන් කරයි.
නිකල්-කැඩ්මියම් (NiCd) බැටරි
බල මෙවලම් සහ වෛද්ය උපකරණ වැනි නිතර ආරෝපණ-සහ-විසර්ජන චක්ර අවශ්ය වන යෙදුම් සඳහා නිකල්-කැඩ්මියම් බැටරි දිගු කලක් තිස්සේ භාවිතා කර ඇත.
කොම්පොනන්
– ඇනෝඩය: කැඩ්මියම් (Cd)
– කැතෝඩය: නිකල් ඔක්සයිඩ් හයිඩ්රොක්සයිඩ් (NiO(OH))
– ඉලෙක්ට්රෝලය: පොටෑසියම් හයිඩ්රොක්සයිඩ් (KOH)
රසායනික ප්රතික්රියාව
නිකල්-කැඩ්මියම් බැටරියක සිදුවන ප්රතික්රියාව:
– ඇනෝඩය (ඔක්සිකරණය):
සීඩී(ය) + 2 ඕඑච්⁻ (අක්) → සීඩී(ය)₂ (ය) + 2 ඊ⁻
– කැතෝඩය (අඩු කිරීම):
2 NiO(OH) (s) + 2 H₂O (l) + 2 e⁻ → 2 Ni(OH)₂ (s) + 2 OH⁻ (aq)
නිපදවන මුළු ප්රතික්රියාව:
Cd (s) + 2 NiO(OH) (s) + 2 H₂O (l) → Cd(OH)₂ (s) + 2 Ni(OH)₂ (s)
මෙම ප්රතික්රියාවේදී, ඇනෝඩයේ දී කැඩ්මියම් කැඩ්මියම් හයිඩ්රොක්සයිඩ් බවට ඔක්සිකරණය වන අතර, කැතෝඩයේ දී නිකල් ඔක්සයිඩ් හයිඩ්රොක්සයිඩ් නිකල් හයිඩ්රොක්සයිඩ් බවට අඩු වේ.
නිගමනය
අපගේ නූතන ජීවිතවල බැටරි ඉතා වැදගත් කාර්යභාරයක් ඉටු කරන අතර, ඒවා තුළ සිදුවන රසායනික ප්රතික්රියා තේරුම් ගැනීම වඩාත් කාර්යක්ෂම තාක්ෂණයන් සංවර්ධනය කිරීම සඳහා යතුරයි. සරල ක්ෂාරීය බැටරි හෝ නවීන ලිතියම්-අයන බැටරි වේවා, සියලුම බැටරි විදුලිය ජනනය කිරීම සඳහා රෙඩොක්ස් ප්රතික්රියා වල මූලික මූලධර්මය මත රඳා පවතී. පර්යේෂණ සහ තාක්ෂණික නවෝත්පාදනවල දියුණුවත් සමඟ, අනාගත බැටරි වඩාත් කාර්යක්ෂම, කල් පවතින සහ පරිසර හිතකාමී වනු ඇතැයි අපට අපේක්ෂා කළ හැකිය.
මෙම බැටරි පිටුපස ඇති රසායනික මූලිකාංග තේරුම් ගැනීමෙන්, අපගේ දෛනික ජීවිතයේ බොහෝ අංශවලට බලය සපයන තාක්ෂණය අපට වඩා හොඳින් අගය කළ හැකිය.
