Jak działa akumulator, bateria i ogniwo paliwowe?

Akumulator elektryczny jest wtórnym ogniwem galwanicznym, które w odróżnienie od ogniw pierwotnych, można ładować i użytkować wielokrotnie. Akumulatory posiadają dwa tryby działania:

- pracę, w której jest źródłem energii elektrycznej, powstałej na drodze reakcji chemicznych (prowadzi do rozładowania akumulatora)
- ładowanie, podczas którego pobiera energię elektryczną z zewnątrz, w celu przekształcenia jej na energię chemiczną i regenerację substratów.

Podstawowym parametrem opisującym akumulatory jest pojemność, którą definiuje się jako zdolność ogniwa do magazynowania ładunku elektrycznego. Pojemność wyrażana jest w amperogodzinach [Ah]. 1 Ah oznacza, że akumulator może dostarczać prąd o natężeniu 1 A przez 1 godzinę.

Możliwość ładowania akumulatorów wynika z odwracalnego charakteru reakcji, które w nim przebiegają. Niestety poza głównymi reakcjami w akumulatorach mają miejsce również reakcje uboczne, które zużywają niezbędne substraty i doprowadzają do utraty sprawności urządzenia.

Najpopularniejszym akumulatorem elektrycznym jest akumulator kwasowo-ołowiowy. Składa się z szeregu ogniw galwanicznych zbudowanych z:

- anody wykonanej z metalicznego ołowiu,
- katody wykonanej z tlenku ołowiu (IV),
- elektrolitu, który jest 40% wodnym roztworem kwasu siarkowego (VI).

W ogniwie zachodzą następujące reakcje:

By Pko - Praca własna, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=56178163

Coraz większą popularność zyskują akumulatory litowo-jonowe. Akumulatory są stosowane w pojazdach spalinowych i elektrycznych czy w systemach zasilania awaryjnego.

Bateria to rodzaj pierwotnego ogniwa galwanicznego, czyli takiego, które nie posiada możliwości ładowania – jest jednorazowe. Najpopularniejsze są baterie alkaliczne, w których stosuje się elektrolit o zasadowym (alkalicznym) pH. Tak jak w akumulatorach recka elektryczna pochodzi z przekształconej reakcji chemicznej. Baterie zbudowane są z:

- anody ze sproszkowanego cynku,
- katody ze sproszkowanego tlenku manganu (IV),
- elektrolitu, którym jest wodorotlenek potasu.

Schemat budowy baterii wygląda następująco:

Reakcje zachodzące na elektrodach baterii to:

katoda: 2MnO2 + H2O + 2e → Mn2O3 + 2OH
anoda: Zn + 2OH → Zn(OH)2 + 2e

Baterie są powszechnie stosowane jako zasilacze do np. pilotów, zabawek, radia itp.

Ogniwo paliwowe jest ogniwem, które wytwarza energię elektryczną na drodze reakcji utleniania dostarczanego z zewnątrz paliwa. W odróżnieniu od wyżej omówionego akumulatora i baterii energia elektryczna w ogniwie paliwowym nie jest magazynowana, tylko wytwarzana na bieżąco. Ogniwa paliwowe nie wymagają ładowania. Najpopularniejsze ogniwa paliwowe to ogniwa wodorowo-tlenowe. Ich budowę przedstawiono na poniższym schemacie:

Schemat budowy alkalicznego ogniwa paliwowego: 1 – wodór, 2 – przepływ elektronów, 3 – ładowanie (odbiornik energii), 4 – tlen, 5 – katoda, 6 – elektrolit, 7 – anoda, 8 – woda, 9 – jony hydroksylowe

Created by Darryl Ring, Wektoryzacja: Chabacano - Image:Alkalinecell.png, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1645856

Reakcje zachodzące w omawianym ogniwie mają postać:

anoda: 2H2 → 4H+ + 4e

katoda: O2 + 4e → 2O2

Przez półprzepuszczalną membranę dyfundują jedynie protony (H+).

Ogniwa paliwowe wykorzystywane są w robotach mobilnych, statkach kosmicznych, systemach zasilania awaryjnego, telefonach komórkowych czy okrętach podwodnych.

Polecamy również:

  • Czym jest korozja elektrochemiczna i jakie są sposoby ochrony przed nią?

    Korozja jest procesem niszczenia materiałów na drodze reakcji chemicznych lub elektrochemicznych, zachodzących na powierzchni wystawionej na działanie środowiska zewnętrznego. Pojęcie korozji używane jest głównie w odniesieniu do metali. Więcej »

  • Co opisuje równanie Nernsta?

    Równanie Nernsta opisuje równowagowy potencjał elektrody względem jej potencjału standardowego oraz stężenia elektrolitu. Więcej »

  • Jak dzielimy półogniwa?

    Półogniwo to przewodnik metaliczny (elektroda) zanurzony w roztworze elektrolitu lub innym środowisku, umożliwiającym przepływ ładunku przez granicę faz półogniwa - półogniwo to układ co najmniej dwufazowy.  Więcej »

  • Czym jest elektroliza?

    Elektroliza to zespół reakcji chemicznych, zachodzących na elektrodach w czasie przepływu prądu elektrycznego przez roztwór lub stop elektrolitu. Jest to proces odwrotny do tego zachodzącego w ogniwie galwanicznym. W szerszym kontekście to wszelkie przemiany chemiczne zachodzące pod wpływem prądu... Więcej »

  • Omówienie I i II prawa Faradaya

    Proces elektrolizy podlega pewnym zasadom, które zostały opisane przez Michaela Faradaya w XIX w. w postaci dwóch praw. Więcej »

Komentarze (0)
Wynik działania 5 + 3 =
Ostatnio komentowane
XD
KOLUCH • 2021-05-15 16:27:39
xd
lol • 2021-05-15 13:46:01
git k
kkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkk • 2021-05-14 20:27:26
Dziękuje
Zuza • 2021-05-14 15:53:42
JD
JD • 2021-05-14 14:44:06