Miért lemerülnek az elemek?

Valószínűleg találkozott lemerülő elemekkel, ami kellemetlenséget okoz, ha elektronikai eszközökben próbálja használni őket. Az elemek cellakémiai tulajdonságai megmondhatják, hogyan működnek, beleértve azt is, hogy lemerülnek-e.

•••Syed Hussain Ather

Amikor az akkumulátor elektrokémiai reakciója kimeríti az anyagokat, az akkumulátor lemerül. Ez általában hosszú akkumulátor-használat után történik.

Az elemek általában primer cellákat használnak, egyfajta elemetgalvánelemamely két különböző fémet használ egy folyékony elektrolitban, hogy lehetővé tegye a töltés átadását közöttük. Pozitív töltések áramlanak akatód-, kationokkal vagy pozitív töltésű ionokkal, például rézzel építve aanód, anionokkal vagy negatív töltésű ionokkal, például cinkkel.

• Az elemek lemerülnek, mivel az elektrolit vegyi anyagai kiszáradnak az akkumulátorban. Alkáli elemek esetében ekkor a mangán-dioxid teljes mennyisége átalakult. Ebben a szakaszban az akkumulátor lemerült.

Ennek a kapcsolatnak az emlékezésére emlékezhet az "OILRIG" szóra. Ez azt mondja neked

Az elsődleges sejtek különböző fémek egyes félsejtjeivel is működhetnek sóhíddal vagy porózus membránnal összekapcsolt ionos oldatban. Ezek az cellák számtalan felhasználási lehetőséget biztosítanak az akkumulátorok számára.

​Alkáli elemek, amelyek kifejezetten a cink anód és a magnézium katód reakcióját használják, zseblámpákhoz, hordozható elektronikus eszközökhöz és távirányítókhoz használják. A népszerű elemelemek további példái közé tartozik a lítium, higany, szilícium, ezüst-oxid, króm-sav és szén.

A műszaki tervek kihasználhatják az elemek lemerülésének előnyeit az energia megőrzése és újrafelhasználása érdekében. Az olcsó háztartási akkumulátorok általában szén-cink cellákat használnak, amelyek úgy vannak kialakítva, hogy ha a cink átmegygalvanikus korrózióA folyamat során egy fém előnyösen korrodálódik, az akkumulátor villamos energiát termelhet egy zárt elektronáramkör részeként.

Milyen hőmérsékleten robbannak az elemek? A lítium-ion akkumulátorok sejtkémia azt jelenti, hogy ezek az elemek kémiai reakciókat indítanak el, amelyek 1000 ° C körüli hőmérsékleten robbanást eredményeznek. A bennük lévő réz anyag megolvad, ami a belső mag törését okozza.

1836-ban John Frederic Daniell brit vegyész elkészítette aDaniell sejtamelyben csak egy helyett két elektrolitot használt, hogy az egyik által termelt hidrogént elfogyassza a másik. A kénsav helyett cink-szulfátot használt, ez a szokásos akkumulátor-gyakorlat.

Azelőtt a tudósok volta sejteket használtak, egyfajta kémiai cellát, amely spontán reakciót használ, és amely gyors ütemben veszítette el az energiát. Daniell gátat alkalmazott a réz- és cinklemez között, hogy megakadályozza a felesleges hidrogén buborékosodását és megakadályozza az akkumulátor gyors kopását. Munkája a távíró és az elektrometallurgia újdonságaihoz vezetne, amely az elektromos energia felhasználásának módszere a fémek előállításához.

​Másodlagos sejtekviszont újratölthetőek. Az újratölthető akkumulátor, más néven akkumulátor, másodlagos elem vagy akkumulátor, idővel tárolja a töltést, mivel a katód és az anód egy áramkörben kapcsolódnak egymáshoz.

Töltés közben a pozitív aktív fém, például a nikkel-oxid-hidroxid oxidálódik, elektronokat hoz létre és elveszíti őket, miközben a negatív anyag, például a kadmium redukálódik, elkapja az elektronokat és nyer őket. Az akkumulátor töltési-kisütési ciklusokat használ, különféle források felhasználásával, beleértve a váltakozó áramú villamos energiát külső feszültségforrásként.

Az újratölthető akkumulátorok ismételt használat után is lemerülhetnek, mert a reakcióban részt vevő anyagok elveszítik töltési és újratöltési képességüket. Mivel ezek az akkumulátorrendszerek elhasználódnak, az akkumulátorok lemerülése különböző módon lehetséges.

Mivel az elemeket rutinszerűen használják, egyesek, például az ólom-sav akkumulátorok, elveszíthetik az újratöltés képességét. A lítium-ion akkumulátorok lítiuma reaktív lítiumfémré válhat, amely nem léphet vissza a töltés-kisütés ciklusába. A folyékony elektrolitot tartalmazó akkumulátorok nedvességtartalma csökkenhet a párolgás vagy a túltöltés miatt.

Ezeket az akkumulátorokat általában autóindítókban, kerekes székekben, elektromos kerékpárokban, elektromos szerszámokban és akkumulátor-tároló erőművekben használják. A tudósok és mérnökök megvizsgálták, hogy hibrid belső égésű akkumulátorokban és elektromos járművekben hogyan használják hatékonyabban és hosszabb ideig.

Az újratölthető ólom-savas akkumulátor feltöri a vízmolekulákat (H₂O) vizes hidrogén-oldatba (H⁺) és oxidionok (O^2-), amely a megszakadt kötésből villamos energiát termel, mivel a víz elveszíti töltését. Amikor a vizes hidrogénoldat reagál ezekkel az oxidionokkal, az erős O-H kötéseket használják az akkumulátor táplálására.

Ez a kémiai energia egy redox reakciót eredményez, amely a nagy energiájú reagenseket alacsonyabb energiájú termékekké alakítja. A reaktánsok és a termékek közötti különbség lehetővé teszi a reakció bekövetkezését és elektromos áramkört képez, amikor az akkumulátort összekapcsolják a kémiai energia elektromos energiává alakításával.

Galvanikus cellában a reagenseknek, például a fémcinknek magas a szabad energiájuk, amely lehetővé teszi a reakció spontán, külső erő nélküli lejátszódását.

Az anódban és a katódban használt fémek rácsos kohéziós energiákkal rendelkeznek, amelyek vezérelhetik a kémiai reakciót. A rács kohéziós energia az az energia, amely szükséges a fémet alkotó atomok elválasztásához. Fémes cinket, kadmiumot, lítiumot és nátriumot gyakran használnak, mert nagy ionizációs energiájuk van, ez a minimális energia szükséges az elektronok eltávolításához egy elemből.

Ugyanazon fém ionjai által hajtott galvanikus sejtek a szabad energia különbségeit felhasználva Gibbs szabad energiáját idézhetik elő a reakció előidézésére. AGibbs szabad energiaa termodinamikai folyamat által felhasznált munka mennyiségének kiszámításához használt másik energiaforma.

Ebben az esetben a standard Gibbs szabad energia változásaG^o hajtja a feszültséget vagy az elektromotoros erőtE​​^oaz egyenlet szerint voltban

amibenv_ea reakció során átvitt elektronok száma és F Faraday állandója (F = 96485,33 C mol⁻¹).

AΔ_rG^o jelzi, hogy az egyenlet a Gibbs szabad energia változását használja (Δ_rG^o =​​G_végső -​ ​G_{a kezdeti}).Az entrópia fokozódik, amikor a reakció felhasználja a rendelkezésre álló szabad energiát. A Daniell-sejtben a cink és a réz közötti rács kohéziós energia-különbség adja a Gibbs-féle szabad energia-különbség legnagyobb részét a reakció bekövetkezésekor.Δ_rG^o= -213 kJ / mol, ami a termékek és a reagensek Gibbs-mentes energiájának különbsége.

Ha egy galvánelem elektrokémiai reakcióját szétválasztja az oxidáció és redukció félreakcióiban folyamatok során összegezheti a megfelelő elektromotoros erőket, hogy megkapja a sejt.

Például egy tipikus galvánelem használhat CuSO-t₄ és ZnSO₄ standard potenciális félreakciókkal, mint:Cu²⁺ + 2 e⁻ ⇌ Cumegfelelő elektromotoros potenciállalE^o = +0,34 VésZn²⁺ + 2 e⁻ ⇌ ZnpotenciállalE^o = −0,76 V.​

A teljes reakció szempontjábólCu²⁺ + Zn ⇌ Cu + Zn²⁺ , akkor "megfordíthatja" a cink fél reakcióegyenletét, miközben megfordíthatja az elektromotoros erő előjelétZn ⇌ Zn²⁺ + 2 e⁻ val velE^o = 0,76 V.A teljes reakciópotenciál, az elektromotoros erők összege ekkor+0,34 V​ ​- (−0,76 V) = 1,10 V​.