Piller Neden Biter?

Muhtemelen biten pillerle karşılaşmışsınızdır, bu onları elektronik cihazlarda kullanmaya çalışıyorsanız bir sıkıntıdır. Pillerin hücre kimyası, nasıl tükendikleri de dahil olmak üzere nasıl çalıştıklarının özelliklerini size söyleyebilir.

•••Seyit Hüseyin Ather

Bir pilin elektrokimyasal reaksiyonu malzemeleri tükettiğinde pil boşalır. Bu genellikle uzun süre pil kullanımından sonra olur.

Piller genellikle birincil hücreleri kullanır, bir türgalvanic hücrearalarında yük transferini sağlamak için bir sıvı elektrolitte iki farklı metal kullanır. Pozitif yük akışıkatotkatyonlarla veya bakır gibi pozitif yüklü iyonlarla inşa edilmiş,anot, anyonlarla veya çinko gibi negatif yüklü iyonlarla.

• Elektrolit kimyasallarının pil içinde kuruması sonucu piller boşalır. Alkalin piller söz konusu olduğunda, bu, tüm manganez dioksitin dönüştürüldüğü zamandır. Bu aşamada pil boştur.

Bu ilişkiyi hatırlamak için "OILRIG" kelimesini hatırlayabilirsiniz. Bu sana şunu söylüyoroksidasyon kayıptır

Birincil hücreler ayrıca bir tuz köprüsü veya gözenekli bir zar ile bağlanan iyonik bir çözeltideki farklı metallerin ayrı yarım hücreleriyle de çalışabilir. Bu hücreler, pillere sayısız kullanım sağlar.

​Alkalin pillerÖzellikle çinko anot ve magnezyum katot arasındaki reaksiyonu kullanan, el fenerleri, taşınabilir elektronik cihazlar ve uzaktan kumandalar için kullanılır. Popüler pil elemanlarının diğer örnekleri arasında lityum, cıva, silikon, gümüş oksit, kromik asit ve karbon bulunur.

Mühendislik tasarımları, enerjiyi korumak ve yeniden kullanmak için pillerin bitme biçiminden yararlanabilir. Düşük maliyetli ev pilleri genellikle karbon-çinko hücreleri kullanır, böylece çinkogalvanik korozyonBir metalin tercihen korozyona uğradığı bir süreç olan pil, kapalı bir elektron devresinin parçası olarak elektrik üretebilir.

Piller hangi sıcaklıkta patlar? Lityum iyon pillerin hücre kimyası, bu pillerin yaklaşık 1.000 °C'de patlamalarıyla sonuçlanan kimyasal reaksiyonlara başlaması anlamına gelir. İçlerindeki bakır malzeme erir ve iç çekirdeklerin kırılmasına neden olur.

1836'da İngiliz kimyager John Frederic Daniell,Daniell hücresiburada biri tarafından üretilen hidrojenin diğeri tarafından tüketilmesine izin vermek için sadece bir yerine iki elektrolit kullandı. Zamanın pillerinin yaygın uygulaması olan sülfürik asit yerine çinko sülfat kullandı.

O zamandan önce bilim adamları, hızlı oranlarda güç kaybeden, kendiliğinden bir reaksiyon kullanan bir kimyasal hücre türü olan voltaik hücreler kullandılar. Daniell, fazla hidrojenin köpürmesini önlemek ve pilin çabuk yıpranmasını önlemek için bakır ve çinko plakalar arasında bir bariyer kullandı. Çalışmaları, metal üretmek için elektrik enerjisi kullanma yöntemi olan telgraf ve elektrometalurjide yeniliklere yol açacaktı.

​ikincil hücrelerÖte yandan, şarj edilebilir. Depolama pili, ikincil hücre veya akümülatör olarak da adlandırılan şarj edilebilir pil, katot ve anot birbirine bir devrede bağlı olduğu için zamanla şarjı depolar.

Şarj olurken, nikel oksit hidroksit gibi pozitif aktif metal oksitlenerek elektronlar oluşturur. ve onları kaybetmek, kadmiyum gibi negatif maddeler azalırken, elektronları yakalamak ve kazanmak onları. Pil, harici bir voltaj kaynağı olarak alternatif akım elektriği dahil olmak üzere çeşitli kaynakları kullanarak şarj-deşarj döngüleri kullanır.

Yeniden şarj edilebilir piller, reaksiyona dahil olan malzemeler şarj olma ve yeniden şarj olma yeteneklerini kaybettiğinden, tekrarlanan kullanımdan sonra hala boşalabilir. Bu pil sistemleri yıprandıkça, pillerin bitmesinin farklı yolları vardır.

Piller rutin olarak kullanıldığından kurşun asitli piller gibi bazıları şarj olma özelliğini kaybedebilir. Lityum iyon pillerin lityumu, şarj-deşarj döngüsüne yeniden giremeyen reaktif lityum metali haline gelebilir. Sıvı elektrolitli piller, buharlaşma veya aşırı şarj nedeniyle nemlerinde azalma olabilir.

Bu piller genellikle otomobil marş motorlarında, tekerlekli sandalyelerde, elektrikli bisikletlerde, elektrikli el aletlerinde ve pil depolama güç istasyonlarında kullanılmaktadır. Bilim adamları ve mühendisler, güç kullanımlarında daha etkili olmak ve daha uzun süre dayanmak için hibrit içten yanmalı pil ve elektrikli araçlarda kullanımlarını incelediler.

Şarj edilebilir kurşun asitli pil, su moleküllerini kırar (H₂Ö) sulu hidrojen çözeltisine (H⁺) ve oksit iyonları (Ö^2-) su yükünü kaybederken kopan bağdan elektrik enerjisi üretir. Sulu hidrojen çözeltisi bu oksit iyonları ile reaksiyona girdiğinde, bataryaya güç sağlamak için güçlü O-H bağları kullanılır.

Bu kimyasal enerji, yüksek enerjili reaktanları düşük enerjili ürünlere dönüştüren bir redoks reaksiyonuna güç verir. Reaktanlar ve ürünler arasındaki fark, reaksiyonun gerçekleşmesini sağlar ve kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürerek pil bağlandığında bir elektrik devresi oluşturur.

Galvanik bir hücrede, metalik çinko gibi reaktanlar, reaksiyonun dış kuvvet olmadan kendiliğinden gerçekleşmesine izin veren yüksek bir serbest enerjiye sahiptir.

Anot ve katotta kullanılan metaller, kimyasal reaksiyonu sürdürebilen kafes kohezif enerjilere sahiptir. Kafes yapışma enerjisi, metali oluşturan atomları birbirinden ayırmak için gereken enerjidir. Metalik çinko, kadmiyum, lityum ve sodyum, elektronları bir elementten çıkarmak için gereken minimum enerji olan yüksek iyonlaşma enerjilerine sahip oldukları için sıklıkla kullanılır.

Aynı metalin iyonları tarafından çalıştırılan galvanik hücreler, serbest enerjideki farklılıkları kullanarak Gibbs serbest enerjisinin reaksiyonu yürütmesine neden olabilir.Gibbs serbest enerjisitermodinamik bir işlemin kullandığı iş miktarını hesaplamak için kullanılan başka bir enerji şeklidir.

Bu durumda standart Gibbs serbest enerjisindeki değişimG^Ö voltajı veya elektromotor kuvveti tahrik ederE​​^Ödenkleme göre volt cinsinden

hangisindev_ereaksiyon sırasında transfer edilen elektron sayısıdır ve F, Faraday sabitidir (F = 96485.33 C mol⁻¹).

Δ_rG^Ö denklemin Gibbs serbest enerjisindeki değişimi kullandığını gösterir (Δ_rG^Ö =​​G_son -​ ​G_ilk).Reaksiyon mevcut serbest enerjiyi kullandıkça entropi artar. Daniell hücresinde, çinko ve bakır arasındaki kafes kohezif enerji farkı, reaksiyon meydana gelirken Gibbs serbest enerji farkının çoğunu açıklar.Δ_rG^Ö= -213 kJ/mol, ürünlerin ve reaktanların Gibbs serbest enerjisindeki farktır.

Bir galvanik hücrenin elektrokimyasal reaksiyonunu oksidasyon ve redüksiyonun yarı reaksiyonlarına ayırırsanız işlemlerde kullanılan toplam voltaj farkını elde etmek için ilgili elektromotor kuvvetleri toplayabilirsiniz. hücre.

Örneğin, tipik bir galvanik hücre CuSO kullanabilir.₄ ve ZnSO₄ standart potansiyel yarı reaksiyonları ile:Cu²⁺ + 2 e⁻ ⇌ Cukarşılık gelen bir elektromotor potansiyeli ileE^Ö = +0.34Vveçinko²⁺ + 2 e⁻ ⇌ Znpotansiyeli olanE^Ö = -0,76 V.​

Genel reaksiyon için,Cu²⁺ + Zn ⇌ Cu + Zn²⁺ elde etmek için elektromotor kuvvetin işaretini çevirirken çinko için yarı reaksiyon denklemini "çevirebilirsiniz".Zn ⇌ Zn²⁺ + 2 e⁻ ileE^Ö = 0.76 V.Elektromotor kuvvetlerin toplamı olan genel reaksiyon potansiyeli, daha sonra+0.34 V​ ​− (−0.76 V) = 1.10 V​.