Zašto baterija ima kemijsku reakciju?

Baterije prolaze kroz kemijske reakcije kako bi proizvele električnu energiju. Kemijska energija pohranjena u elektrodama baterije i elektrolitu pretvara se u električnu energiju putem elektrokemijskih procesa. Evo ključnih razloga za kemijske reakcije u bateriji:

1. Redoks reakcije:

Baterije uključuju redoks (redukcijsko-oksidacijske) reakcije između materijala elektrode. Anoda (negativna elektroda) prolazi kroz oksidaciju, gdje gubi elektrone, dok katoda (pozitivna elektroda) prolazi kroz redukciju, gdje dobiva elektrone. Ove redoks reakcije pokreću protok elektrona.

2. Materijali elektroda:

Elektrode u bateriji izrađene su od različitih materijala s različitim kemijskim svojstvima. Uobičajeni materijali za elektrode uključuju metale poput cinka, litija ili olova te metalne okside ili druge spojeve. Ovi materijali imaju specifična kemijska svojstva koja im omogućuju da prođu kroz reakcije oksidacije ili redukcije.

3. Elektrolit:

Elektrolit u bateriji je vodljivi medij koji omogućuje kretanje iona između elektroda. Može biti tekućina (npr. sumporna kiselina u olovnim baterijama), gel ili čvrsti polimer. Elektrolit sadrži otopljene ione koji sudjeluju u kemijskim reakcijama, dovršavajući krug i olakšavajući protok elektrona.

4. Kemijske vrste:

Materijali anode i katode, kao i elektrolit, sadrže specifične kemijske vrste. Ove vrste prolaze kroz kemijske promjene tijekom ciklusa pražnjenja i ponovnog punjenja baterije. Kemijske reakcije uključuju prijenos elektrona, ionsku izmjenu i stvaranje ili razgradnju kemijskih spojeva.

5. Spontane reakcije:

Kemijske reakcije u bateriji su spontane, što znači da se odvijaju prirodno bez potrebe za vanjskim unosom energije. Ove reakcije imaju negativnu promjenu Gibbsove slobodne energije, što ukazuje da oslobađaju energiju u obliku električne energije.

6. Pretvorba energije:

Kemijska energija pohranjena u reaktantima baterije (materijali elektroda i elektrolit) pretvara se u električnu energiju tijekom pražnjenja. Kemijske veze u reaktantima se prekidaju, oslobađajući elektrone koji teku kroz vanjski krug, generirajući električnu struju.

7. Reverzibilnost:

U punjivim baterijama kemijske reakcije mogu se obrnuti tijekom procesa punjenja. Primjenom vanjske električne struje, elektroni teku u suprotnom smjeru, reformirajući kemijske veze i obnavljajući izvorne kemijske vrste u elektrodama i elektrolitu.

8. Učinkovitost:

Kemijske reakcije u baterijama nisu potpuno učinkovite. Dio energije gubi se kao toplina, unutarnji otpor i drugi čimbenici. Međutim, baterije obično imaju visoku gustoću energije i mogu pohraniti i isporučiti značajne količine energije u usporedbi s drugim sustavima za pohranu energije.

Općenito, kemijske reakcije u bateriji uključuju prijenos elektrona, kretanje iona i promjene u kemijskim vrstama, potaknute inherentnim kemijskim svojstvima materijala elektrode i elektrolita. Ove reakcije generiraju električnu energiju kroz proces elektrokemijske pretvorbe energije.