배터리가 방전되는 이유는 무엇입니까?

배터리가 방전되어 전자 장치에 사용하려는 경우 성가신 일이 발생했을 것입니다. 배터리의 세포 화학은 배터리가 평평 해지는 방식을 포함하여 배터리 작동 방식의 속성을 알려줍니다.

•••Syed Hussain Ather

배터리의 전기 화학적 반응으로 물질이 고갈되면 배터리가 방전됩니다. 이것은 일반적으로 오랜 시간 배터리 사용 후에 발생합니다.

배터리는 일반적으로 일차 전지를 사용합니다.갈바니 전지액체 전해질에 두 개의 다른 금속을 사용하여 그들 사이에 전하를 전달합니다. 양전하는음극, 양이온 또는 구리와 같은 양전하를 띤 이온으로 만들어져양극, 음이온 또는 아연과 같은 음으로 하전 된 이온.

• 배터리 내에서 전해질의 화학 물질이 마르기 때문에 배터리가 소모됩니다. 알카라인 배터리의 경우 모든 이산화망간이 변환 된 때입니다. 이 단계에서 배터리는 부족합니다.

이 관계를 기억하기 위해 "OILRIG"라는 단어를 기억할 수 있습니다. 이것은 당신에게산화는 손실이다( "OIL") 및감소는 이득이다( "RIG") 전자. 그만큼양극 및 음극을위한 니모닉s는 "ANOX REDCAT"로 "ANode"는 "OXidation"과 함께 사용되며 "REDuction"은 "CAThode"에서 발생합니다.

1 차 전지는 또한 염다리 또는 다공성 막으로 연결된 이온 용액에서 서로 다른 금속의 개별 반쪽 전지와 함께 작동 할 수 있습니다. 이 셀은 무수히 많은 용도로 배터리를 제공합니다.

​알카라인 배터리특히 아연 양극과 마그네슘 음극 사이의 반응을 사용하는는 손전등, 휴대용 전자 장치 및 리모콘에 사용됩니다. 인기있는 배터리 요소의 다른 예로는 리튬, 수은, 실리콘, 산화은, 크롬산 및 탄소가 있습니다.

엔지니어링 설계는 에너지를 보존하고 재사용하기 위해 배터리가 방전되는 방식을 활용할 수 있습니다. 저비용 가정용 배터리는 일반적으로 아연이갈바닉 부식, 금속이 우선적으로 부식되는 과정으로, 배터리는 폐쇄 전자 회로의 일부로 전기를 생산할 수 있습니다.

배터리는 어떤 온도에서 폭발합니까? 리튬 이온 배터리의 셀 화학은 이러한 배터리가 약 1,000 ° C에서 폭발을 일으키는 화학 반응을 시작한다는 것을 의미합니다. 내부의 구리 재료가 녹아 내부 코어가 파손됩니다.

1836 년 영국의 화학자 John Frederic Daniell은다니엘 셀그는 하나가 아닌 두 개의 전해질을 사용하여 하나가 생산 한 수소를 다른 하나가 소비하도록했습니다. 그는 당시 배터리의 일반적인 관행 인 황산 대신 황산 아연을 사용했습니다.

그 전에 과학자들은 빠른 속도로 전력을 잃는 자발적인 반응을 사용하는 일종의 화학 전지 인 볼타 전지를 사용했습니다. Daniell은 구리판과 아연판 사이에 장벽을 사용하여 과도한 수소가 버블 링되는 것을 방지하고 배터리가 빠르게 마모되는 것을 방지했습니다. 그의 작업은 전기 에너지를 사용하여 금속을 생산하는 방법 인 전신 및 전기 야금의 혁신으로 이어질 것입니다.

​이차 전지반면, 충전식입니다. 축전지, 2 차 전지 또는 축전지라고도하는 충전식 배터리는 음극과 양극이 회로에서 서로 연결되어 시간이 지남에 따라 전하를 저장합니다.

충전시 수산화 니켈과 같은 양극 활성 금속이 산화되어 전자를 생성합니다. 카드뮴과 같은 음극 물질은 감소하고 전자를 포착하여 그들. 배터리는 교류 전기를 포함한 다양한 소스를 외부 전압 소스로 사용하는 충전-방전 사이클을 사용합니다.

재충전 가능한 배터리는 반응에 포함 된 물질이 충전 및 재충전 능력을 상실하기 때문에 반복 사용 후에도 여전히 방전 될 수 있습니다. 이러한 배터리 시스템이 마모됨에 따라 배터리가 방전되는 여러 가지 방법이 있습니다.

배터리가 일상적으로 사용되기 때문에 납축 배터리와 같은 배터리 중 일부는 재충전 기능을 잃을 수 있습니다. 리튬 이온 배터리의 리튬은 충전-방전주기에 다시 들어갈 수없는 반응성 리튬 금속이 될 수 있습니다. 액체 전해질이있는 배터리는 증발 또는 과충전으로 인해 수분이 감소 할 수 있습니다.

이 배터리는 일반적으로 자동차 스타터, 휠체어, 전기 자전거, 전동 공구 및 배터리 저장 발전소에 사용됩니다. 과학자와 엔지니어는 하이브리드 내연 배터리 및 전기 자동차에서의 사용을 연구하여 전력 사용에 더 효율적이고 오래 지속되도록했습니다.

충전식 납축 배터리는 물 분자 (H₂영형) 수소 수용액 (H⁺) 및 산화물 이온 (영형^2-) 물이 전하를 잃을 때 끊어진 결합에서 전기 에너지를 생성합니다. 수소 수용액이 이러한 산화물 이온과 반응하면 강력한 O-H 결합이 배터리에 전원을 공급하는 데 사용됩니다.

이 화학 에너지는 고 에너지 반응물을 저에너지 생성물로 전환하는 산화 환원 반응을 일으 킵니다. 반응물과 생성물의 차이는 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하여 배터리가 연결될 때 반응을 일으키고 전기 회로를 형성합니다.

갈바닉 전지에서 금속 아연과 같은 반응물은 높은 자유 에너지를 가지고있어 반응이 외부 힘없이 자발적으로 발생합니다.

양극과 음극에 사용되는 금속은 화학 반응을 일으킬 수있는 격자 응집 에너지를 가지고 있습니다. 격자 응집 에너지는 금속을 구성하는 원자를 서로 분리하는 데 필요한 에너지입니다. 금속 아연, 카드뮴, 리튬 및 나트륨은 원소에서 전자를 제거하는 데 필요한 최소 에너지 인 높은 이온화 에너지를 가지고 있기 때문에 자주 사용됩니다.

동일한 금속의 이온에 의해 구동되는 갈바닉 전지는 자유 에너지의 차이를 사용하여 Gibbs 자유 에너지가 반응을 유도하도록 할 수 있습니다. 그만큼깁스 자유 에너지열역학적 공정이 사용하는 작업량을 계산하는 데 사용되는 또 다른 형태의 에너지입니다.

이 경우 표준 Gibbs 자유 에너지의 변화지^영형 전압 또는 기전력을 구동이자형​​^영형볼트로, 방정식에 따라

어느V_이자형반응 중에 전달되는 전자의 수이고 F는 패러데이 상수 (F = 96485.33 C mol⁻¹).

그만큼Δ_{아르 자형}지^영형 방정식이 Gibbs 자유 에너지의 변화를 사용함을 나타냅니다 (Δ_{아르 자형}지^영형 =​​지_결정적인 -​ ​지_{머리 글자}).반응이 사용 가능한 자유 에너지를 사용함에 따라 엔트로피가 증가합니다. Daniell 셀에서 아연과 구리의 격자 응집 에너지 차이는 반응이 발생할 때 Gibbs 자유 에너지 차이의 대부분을 설명합니다.Δ_{아르 자형}지^영형= -213 kJ / mol, 이는 생성물과 반응물의 깁스 자유 에너지 차이입니다.

갈바니 전지의 전기 화학적 반응을 산화와 환원의 반쪽 반응으로 분리하면 프로세스에서 사용되는 총 전압 차이를 얻기 위해 해당 기전력을 합산 할 수 있습니다. 세포.

예를 들어, 일반적인 갈바닉 전지는 CuSO를 사용할 수 있습니다.₄ 및 ZnSO₄ 다음과 같은 표준 잠재적 반 반응으로 :Cu²⁺ + 2e⁻ ⇌ Cu상응하는 기전력으로이자형^영형 = + 0.34V과Zn²⁺ + 2e⁻ ⇌ Zn잠재력이있는이자형^영형 = −0.76V.​

전반적인 반응에 대해Cu²⁺ + Zn ⇌ Cu + Zn²⁺ , 당신은 아연에 대한 반쪽 반응 방정식을 "뒤집어"얻을 수있는 기전력의 부호를 뒤집을 수 있습니다.Zn ⇌ Zn²⁺ + 2e⁻ 와이자형^영형 = 0.76V.기전력의 합인 전체 반응 전위는 다음과 같습니다.+ 0.34V​ ​− (−0.76V) = 1.10V​.