BATERIA

BATERIA, czyli ogniwo chemiczne komercyjne

Popularna, wszędobylska, wszechobecna. Dostępna w formie tabletek, paluszków lub cegłówek.

 Bateria ogniw – zestaw dwóch lub więcej pojedynczych ogniw elektrycznych. Choć w praktyce i pojedyńcze ogniwo nazywa się baterią.
Ogniwo galwaniczne, ogniwo chemiczne, ogniwo komercyjne: wszystkie te nazwy opisują naszą codzienną baterię. Pojęciem najszerszym jest ogniwo galwaniczne, tudzież chemiczne, bo jest to termin zamienny. Ogniwo komercyjne to po prostu to, które się sprzedaje. HAHA
Budowa baterii? Jest to po prostu układ elektrolitu i zanurzonych w nim dwóch elektrod. 
 
W baterii na samiuśkim początku zachodzi samorzutna reakcja chemiczna na zasadzie oksydacji-redukcji. Magia chemiczna. Powoduje to powstanie potencjału spoczynkowego baterii. Taki potencjał możemy także uzyskać np pocierając bursztynem o sukno (część elektronów przeskoczy). Będzie to jednak potencjał bardzo niewielki. Tymniemniej być może choć odrobinę obrtazuje to stan, w jakim jest bateria zanim podłączymy ją do obwodu. JESZCZE NIC SIĘ NIE DZIEJE, w baterii przepłynęły jony.
POTENCJAŁ SPOCZYNKOWY:
{\displaystyle E^{\circ }={{E_{katoda}^{\circ }}-{E_{anoda}^{\circ }}}\,}
 
Z rysunku poniżej:
  1. Kiedy cynk uwalnia jon do roztworu, pozostawia 2 elektrony. Anoda ładuje się ujemnie. Miedź przyjmuje jony miedzi z kwasu, jony są dodatnie, katoda ładuje sie dodatnio.
  2. W elektrolicie wokół anody pozostają dodatnie jony cynku. W elektrolicie wokół katody- ujemne reszty kwasu siarkowego. Zatem ‚anion flow’ to przepływ reszt kwasowych ze strony katody w stronę jonów cynku. 
  3. Po pewnym czasie nie bedzie już jonów miedzi do przyłączenia przez katodę. Nie będzie też zatem ujemnych reszt kwasowych, do których mogłyby się przyłączyć jony cynku. Bateria się wyczerpie.
  4. A co z tym prądem? Kiedy podłączymy baterię do obwodu, wolne elektrony z anody przepłyna do katody. Spowoduje to reakcję przyjęcia miedzi +1, czyli ropocznie się opisany wyżej proces. Będzie on zachodził za każdym razem, gdy elektrony przepłyną z anody do katody, aż do czasu wyczerpania jonów miedzi w roztworze. Taka zależność.
  5. Bateria wyczerpuje się w miarę używania. W stanie spoczynku pozostaje bipolarna, jednak nie wyczerpuje zapasów jonów. Trwa w stałym potencjale. (*tymniemniej baterie mają czas przechowywania! Czyli po konkretnym czasie zachodzą w nich samoistne reakcje chemiczne niekorzystne i bateria traci swoją moc. Czas przechowywania baterii do sprawdzdenia w internecie)
Niepodłączona bateria ma  Potencjał standardowy (elektrod), czyli to, co w tabelce na dole.
Siła elektromotoryczna (SEM) – czynnik powodujący przepływ prądu w obwodzie elektrycznym równy energii elektrycznej uzyskanej przez jednostkowy ładunek przemieszczany w urządzeniu (źródle) prądu elektrycznego w stronę przeciwną do siły pola elektrycznego działającego na ten ładunek……
Po połączeniu obwodu ELEKTRONY z anody popłyną w stronę katody w celu wyrównania nierównowagi (tak już jest i tyle, jak coś w fizyce jest niezbalansowane to najpewniej będzie chciało się zniwelować przy najbliższej okazji). W momencie przemieszczenia się ładunku wytworzy się pole elektromagnetyczne… ALE O POLU W NASTĘPNYM POŚCIE!!!
W BATERII PRZEPŁYWAJĄ JONY, ZAŚ W OBWODZIE ELEKTRYCZNYM WOLNE ELEKTRONY
Baterie różnią się substancją użytą do produkcji elektrod i elektrolitem wewnątrz ogniwa. Wyróżniamy:
  • Baterie cynkowo-węglowe mają najkrótszy okres przechowywania 1 do 4 lat
  • Baterie alkaliczne mają okres przechowywania 4 do 8 lat
  • Baterie typu Oxyride mają okres przechowywania 6 do 10 lat
  • Baterie litowe mają najdłuższe okresy przechowywania do 15 lat (według producentów)
 
Na koniec bardzo długa tabelka z napięciami, jakie uzyskalibyśmy z konkretnych metali w produkcji elektrod. Radzę nie czytać.
C u
Reakcja połówkowa redukcji E° [V]
H4XeO6+2H + + 2e → XeO3 + 3H2O +3,0
F2 + 2e → 2F +2,87
O3 + 2H+ + 2e → O2 + H2O +2,07
S2O82− + 2e → 2SO42− +2,05
Ag2+ + e → Ag+ +1,98
Co3+ + e → Co2+ +1,81
H2O2 + 2H+ + 2e → 2H2O +1,78
Au+ + e → Au +1,69
Pb4+ + 2e → Pb2+ +1,67
2HClO + 2H+ + 2e → Cl2 + 2H2O +1,63
Ce4+ + e → Ce3+ +1,61
2HBrO + 2H+ + 2e → Br2 + 2H2O +1,60
MnO4 + 8H+ + 5e → Mn2+ + 4H2O +1,51
Mn3+ + e → Mn2+ +1,51
Au3+ + 3e → Au +1,40
Cl2 + 2e → 2Cl +1,36
Cr2O72− + 14H+ + 6e → 2Cr3+ + 7H2O +1,33
O3 + H2O + 2e → O2 + 2OH +1,24
O2 + 4H+ + 4e → 2H2O +1,23
MnO2 + 4H+ + 2e → Mn2+ + 2H2O +1,23
ClO4 + 2H+ + 2e → ClO3 + H2O +1,23
Pt2+ + 2e → Pt +1,20
Br2 + 2e → 2Br +1,09
Pu4+ + e → Pu3+ +0,97
NO3 + 4H+ + 3e → NO + 2H2O +0,96
2Hg2+ + 2e → Hg22+ +0,92
ClO + H2O + 2e → Cl + 2OH +0,89
Hg2+ + 2e → Hg +0,85
NO3 + 2H+ + e → NO2 + H2O +0,80
Ag+ + e → Ag +0,80
Hg22+ + 2e → 2Hg +0,79
AgF + e → Ag + F +0,78
Fe3+ + e → Fe2+ +0,77
BrO + H2O + 2e → Br + 2OH +0,76
MnO4 + 2H2O + 3e → MnO2 + 4OH +0,60
MnO4 + e → MnO42− +0,56
I2 + 2e → 2I +0,54
I3 + 2e → 3I +0,53
Cu+ + e → Cu +0,52
Ni(OH)3 + e → Ni(OH)2 + OH +0,49
O2 + 2H2O + 4e → 4OH +0,40
ClO4 + H2O + 2e → ClO3 + 2OH +0,36
Cu2+ + 2e → Cu +0,34
Hg2Cl2 + 2e → 2Hg + 2Cl +0,27
AgCl + e → Ag + Cl +0,22
Bi3+ + 3e → Bi +0,20
SO42− + 4H+ + 2e → H2SO3 + H2O +0,17
Cu2+ + e → Cu+ +0,15
Sn4+ + 2e → Sn2+ +0,15
AgBr + e → Ag + Br +0,07
NO3 + H2O + 2e → NO2 + 2OH +0,01
Ti4+ + e → Ti3+ +0,00
2H+ + 2e → H2 0, z definicji
Fe3+ + 3e → Fe −0,04
O2 + H2O + 2e → HO2 + OH −0,08
Pb2+ + 2e → Pb −0,13
In+ + e → In −0,14
Sn2+ + 2e → Sn −0,14
AgI + e → Ag + I −0,15
Ni2+ + 2e → Ni −0,25
V3+ + e → V2+ −0,26
Co2+ + 2e → Co −0,28
In3+ + 3e → In −0,34
Tl+ + e → Tl −0,34
PbSO4 + 2e → Pb + SO42− −0,36
Ti3+ + e → Ti2+ −0,37
In2+ + e → In+ −0,40
Cd2+ + 2e → Cd −0,40
Cr3+ + e → Cr2+ −0,41
Fe2+ + 2e → Fe −0,44
In3+ + 2e → In+ −0,44
S + 2e → S2− −0,48
In3+ + e → In2+ −0,49
Ga+ + e → Ga −0,53
O2 + e → O2 −0,56
U4+ + e → U3+ −0,61
Se + 2e → Se2− −0,67
Cr3+ + 3e → Cr −0,74
Zn2+ + 2e → Zn −0,76
Cd(OH)2 + 2e → Cd + 2OH −0,81
2H2O + 2e → H2 + 2OH −0,83
Te + 2e → Te2− −0,84
Cr2+ + 2e → Cr −0,91
Mn2+ + 2e → Mn −1,18
V2+ + 2e → V −1,19
Ti2+ + 2e → Ti −1,63
Al3+ + 3e → Al −1,66
U3+ + 3e → U −1,79
Be2+ + 2e → Be −1,85
Mg2+ + 2e → Mg −2,36
Ce3+ + 3e → Ce −2,48
La3+ + 3e → La −2,52
Na+ + e → Na −2,71
Ca2+ + 2e → Ca −2,87
Sr2+ + 2e → Sr −2,89
Ba2+ + 2e → Ba −2,91
Ra2+ + 2e → Ra −2,92
Cs+ + e → Cs −2,92
Rb+ + e → Rb −2,93
K+ + e → K −2,93
Li+ + e → Li −3,05