గాల్వానిక్ కణాలు మరియు బ్యాటరీలు - పరికరం, ఆపరేషన్ సూత్రం, రకాలు

విద్యుత్ శక్తి యొక్క తక్కువ శక్తి వనరులు

పోర్టబుల్ ఎలక్ట్రికల్ మరియు రేడియో పరికరాలను శక్తివంతం చేయడానికి గాల్వానిక్ కణాలు మరియు బ్యాటరీలు ఉపయోగించబడతాయి.

గాల్వానిక్ కణాలు - ఇవి ఒక-పర్యాయ చర్యల మూలాలు, సంచితాలు - పునర్వినియోగ చర్య మూలాలు.

సరళమైన గాల్వానిక్ మూలకం

సరళమైన మూలకాన్ని రెండు స్ట్రిప్స్‌తో తయారు చేయవచ్చు: సల్ఫ్యూరిక్ యాసిడ్‌తో కొద్దిగా ఆమ్లీకరించబడిన నీటిలో రాగి మరియు జింక్. జింక్ స్థానిక ప్రతిచర్యలు లేకుండా స్వచ్ఛంగా ఉంటే, రాగి మరియు జింక్ కలిసి వచ్చే వరకు గుర్తించదగిన మార్పు ఏమీ జరగదు.

అయినప్పటికీ, స్ట్రిప్స్ వేరొక సంభావ్యతను కలిగి ఉంటాయి, ఒకదానికి సంబంధించి ఒకటి, మరియు ఒక వైర్ ద్వారా కనెక్ట్ అయినప్పుడు, కనిపిస్తుంది విద్యుత్… ఈ చర్య ద్వారా జింక్ స్ట్రిప్ క్రమంగా కరిగిపోతుంది మరియు రాగి ఎలక్ట్రోడ్ దగ్గర గ్యాస్ బుడగలు ఏర్పడతాయి, దాని ఉపరితలంపై సేకరిస్తుంది. ఈ వాయువు ఎలక్ట్రోలైట్ ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన హైడ్రోజన్. విద్యుత్ ప్రవాహం రాగి స్ట్రిప్ నుండి తీగతో పాటు జింక్ స్ట్రిప్‌కు మరియు దాని నుండి ఎలక్ట్రోలైట్ ద్వారా తిరిగి రాగికి ప్రవహిస్తుంది.

క్రమంగా, ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లం జింక్ ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క కరిగిన భాగం నుండి ఏర్పడిన జింక్ సల్ఫేట్ ద్వారా భర్తీ చేయబడుతుంది. ఇది సెల్ యొక్క వోల్టేజీని తగ్గిస్తుంది. అయినప్పటికీ, రాగిపై గ్యాస్ బుడగలు ఏర్పడటం వలన మరింత ఎక్కువ వోల్టేజ్ తగ్గుతుంది. రెండు చర్యలు 'ధ్రువణ'కు కారణమవుతాయి. ఇటువంటి వస్తువులకు దాదాపు ఆచరణాత్మక విలువ లేదు.

గాల్వానిక్ కణాల యొక్క ముఖ్యమైన పారామితులు

గాల్వానిక్ కణాల ద్వారా ఇవ్వబడిన వోల్టేజ్ యొక్క పరిమాణం వాటి రకం మరియు పరికరంపై మాత్రమే ఆధారపడి ఉంటుంది, అంటే ఎలక్ట్రోడ్ల పదార్థం మరియు ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క రసాయన కూర్పుపై ఆధారపడి ఉంటుంది, కానీ కణాల ఆకారం మరియు పరిమాణంపై ఆధారపడి ఉండదు.

గాల్వానిక్ సెల్ అందించగల కరెంట్ దాని అంతర్గత నిరోధకత ద్వారా పరిమితం చేయబడింది.

గాల్వానిక్ సెల్ యొక్క చాలా ముఖ్యమైన లక్షణం విద్యుత్ సామర్థ్యం… ఎలెక్ట్రిక్ కెపాసిటీ అంటే ఒక గాల్వానిక్ లేదా స్టోరేజ్ సెల్ దాని ఆపరేషన్ అంతటా, అంటే చివరి డిశ్చార్జ్ ప్రారంభం వరకు పంపిణీ చేయగల విద్యుత్ మొత్తం.

సెల్ అందించిన సామర్థ్యం ఆంపియర్‌లలో వ్యక్తీకరించబడిన ఉత్సర్గ కరెంట్ యొక్క బలాన్ని గుణించడం ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది, పూర్తి ఉత్సర్గ ప్రారంభం వరకు సెల్ డిశ్చార్జ్ చేయబడిన గంటల సమయానికి. అందువల్ల, సామర్థ్యం ఎల్లప్పుడూ ఆంపియర్-గంటల్లో (Ah) వ్యక్తీకరించబడుతుంది.

సెల్ యొక్క సామర్థ్యం యొక్క విలువ ద్వారా, పూర్తి ఉత్సర్గ ప్రారంభానికి ముందు అది ఎన్ని గంటలు పని చేస్తుందో ముందుగానే నిర్ణయించడం కూడా సాధ్యమే. దీన్ని చేయడానికి, మీరు ఈ మూలకం కోసం అనుమతించబడిన డిచ్ఛార్జ్ కరెంట్ యొక్క బలం ద్వారా సామర్థ్యాన్ని విభజించాలి.

అయితే, సామర్థ్యం ఖచ్చితంగా స్థిరంగా లేదు. మూలకం యొక్క ఆపరేటింగ్ పరిస్థితులు (మోడ్) మరియు తుది ఉత్సర్గ వోల్టేజ్ ఆధారంగా ఇది చాలా పెద్ద పరిమితుల్లో మారుతుంది.

గరిష్ఠ కరెంట్ వద్ద సెల్ డిస్చార్జ్ చేయబడితే మరియు, అంతరాయాలు లేకుండా, అది చాలా తక్కువ సామర్థ్యాన్ని ఇస్తుంది. దీనికి విరుద్ధంగా, అదే సెల్ తక్కువ కరెంట్ వద్ద మరియు తరచుగా మరియు సాపేక్షంగా దీర్ఘ అంతరాయాలతో విడుదల చేయబడినప్పుడు, సెల్ దాని పూర్తి సామర్థ్యాన్ని వదులుకుంటుంది.

సెల్ సామర్థ్యంపై తుది ఉత్సర్గ వోల్టేజ్ ప్రభావం కోసం, గాల్వానిక్ సెల్ యొక్క ఉత్సర్గ సమయంలో, దాని ఆపరేటింగ్ వోల్టేజ్ అదే స్థాయిలో ఉండదు, కానీ క్రమంగా తగ్గుతుందని గుర్తుంచుకోవాలి.

ఎలక్ట్రోకెమికల్ కణాల సాధారణ రకాలు

అత్యంత సాధారణ గాల్వానిక్ కణాలు మాంగనీస్-జింక్, మాంగనీస్-ఎయిర్, ఎయిర్-జింక్ మరియు పాదరసం-జింక్ వ్యవస్థలు ఉప్పు మరియు ఆల్కలీన్ ఎలక్ట్రోలైట్‌లతో ఉంటాయి.సాల్ట్ ఎలక్ట్రోలైట్‌తో డ్రై మాంగనీస్-జింక్ కణాలు ప్రారంభ వోల్టేజ్ 1.4 నుండి 1.55 V, ఆపరేషన్ వ్యవధిని కలిగి ఉంటాయి. -20 నుండి -60 వరకు పరిసర ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఉదయం 7 నుండి 340 వరకు

ఆల్కలీన్ ఎలక్ట్రోలైట్‌తో పొడి జింక్-మాంగనీస్ మరియు జింక్-ఎయిర్ కణాలు 0.75 నుండి 0.9 V వోల్టేజ్ మరియు 6 గంటల నుండి 45 గంటల వరకు ఆపరేటింగ్ సమయం కలిగి ఉంటాయి.

పొడి పాదరసం-జింక్ కణాలు ప్రారంభ వోల్టేజ్ 1.22 నుండి 1.25 V మరియు 24 గంటల నుండి 55 గంటల వరకు ఆపరేటింగ్ సమయం కలిగి ఉంటాయి.

పొడి పాదరసం-జింక్ కణాలు గరిష్టంగా 30 నెలల వరకు హామీ ఇవ్వబడిన షెల్ఫ్ జీవితాన్ని కలిగి ఉంటాయి.

బ్యాటరీలు

బ్యాటరీలు ఇవి సెకండరీ ఎలెక్ట్రోకెమికల్ కణాలు.గాల్వానిక్ కణాలలా కాకుండా, అసెంబ్లీ అయిన వెంటనే బ్యాటరీలో రసాయన ప్రక్రియలు జరగవు.

బ్యాటరీ విద్యుత్ ఛార్జీల కదలికతో సంబంధం ఉన్న రసాయన ప్రతిచర్యలను ప్రారంభించడానికి, దాని ఎలక్ట్రోడ్ల (మరియు పాక్షికంగా ఎలక్ట్రోలైట్) యొక్క రసాయన కూర్పును తగిన విధంగా మార్చడం అవసరం.ఎలక్ట్రోడ్ల రసాయన కూర్పులో ఈ మార్పు బ్యాటరీ గుండా విద్యుత్ ప్రవాహం యొక్క చర్యలో సంభవిస్తుంది.

అందువల్ల, బ్యాటరీ విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని ఉత్పత్తి చేయాలంటే, అది ముందుగా కొన్ని బాహ్య కరెంట్ మూలం నుండి ప్రత్యక్ష విద్యుత్ ప్రవాహంతో "ఛార్జ్" చేయబడాలి.

బ్యాటరీలు కూడా సంప్రదాయ గాల్వానిక్ కణాల నుండి భిన్నంగా ఉంటాయి, డిశ్చార్జ్ అయిన తర్వాత, వాటిని రీఛార్జ్ చేయవచ్చు. మంచి జాగ్రత్తతో మరియు సాధారణ ఆపరేటింగ్ పరిస్థితుల్లో, బ్యాటరీలు అనేక వేల ఛార్జీలు మరియు డిశ్చార్జెస్ వరకు ఉంటాయి.
బ్యాటరీ ఆధారిత పరికరం

ప్రస్తుతం, సీసం మరియు కాడ్మియం-నికెల్ బ్యాటరీలు చాలా తరచుగా ఆచరణలో ఉపయోగించబడుతున్నాయి. సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లం యొక్క మొదటి ద్రావణంలో ఎలక్ట్రోలైట్‌గా పనిచేస్తుంది మరియు రెండవ ద్రావణంలో ఆల్కలీ నీటిలో ఉంటుంది. లీడ్-యాసిడ్ బ్యాటరీలను యాసిడ్ అని కూడా పిలుస్తారు మరియు నికెల్-కాడ్మియం-ఆల్కలీన్ బ్యాటరీలు.

బ్యాటరీల ఆపరేషన్ సూత్రం ఎలక్ట్రోడ్ల ధ్రువణతపై ఆధారపడి ఉంటుంది విద్యుద్విశ్లేషణ సమయంలో... సరళమైన యాసిడ్ బ్యాటరీ ఈ క్రింది విధంగా నిర్మించబడింది: ఇది ఎలక్ట్రోలైట్‌లో ముంచిన రెండు ప్రధాన ప్లేట్లు. రసాయన ప్రత్యామ్నాయ ప్రతిచర్య ఫలితంగా, ప్లేట్లు Pb + H2SO4 = PbSO4 + H2 సూత్రం నుండి క్రింది విధంగా, లెడ్ సల్ఫేట్ PbSO4 యొక్క పలుచని పూతతో కప్పబడి ఉంటాయి.

యాసిడ్ బ్యాటరీ పరికరం

ప్లేట్ల యొక్క ఈ స్థితి డిస్చార్జ్ చేయబడిన బ్యాటరీకి అనుగుణంగా ఉంటుంది. బ్యాటరీ ఇప్పుడు ఛార్జింగ్ కోసం ఆన్ చేయబడితే, అంటే డైరెక్ట్ కరెంట్ జనరేటర్‌కు కనెక్ట్ చేయబడి ఉంటే, విద్యుద్విశ్లేషణ కారణంగా ప్లేట్ల ధ్రువణత దానిలో ప్రారంభమవుతుంది. బ్యాటరీని ఛార్జ్ చేయడం వలన, దాని ప్లేట్లు ధ్రువపరచబడతాయి, అనగా వాటి ఉపరితలంపై పదార్థాన్ని మరియు సజాతీయ (PbSO4) నుండి విభిన్న (Pb మరియు PbO2) కు మార్చడం.

లెడ్ డయాక్సైడ్‌తో పూత పూసిన ప్లేట్ పాజిటివ్ ఎలక్ట్రోడ్‌గా మరియు క్లీన్ లెడ్ ప్లేట్‌తో నెగటివ్ ఎలక్ట్రోడ్‌తో బ్యాటరీ ప్రస్తుత మూలం అవుతుంది.

ఛార్జింగ్ ముగిసే సమయానికి, దానిలో అదనపు సల్ఫ్యూరిక్ యాసిడ్ అణువులు కనిపించడం వల్ల ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క ఏకాగ్రత పెరుగుతుంది.

లెడ్-యాసిడ్ బ్యాటరీ యొక్క లక్షణాలలో ఇది ఒకటి: దాని ఎలక్ట్రోలైట్ తటస్థంగా ఉండదు మరియు బ్యాటరీ ఆపరేషన్ సమయంలో రసాయన ప్రతిచర్యలలో పాల్గొంటుంది.

ఉత్సర్గ ముగిసే సమయానికి, బ్యాటరీ యొక్క రెండు ప్లేట్లు మళ్లీ ప్రధాన సల్ఫేట్తో కప్పబడి ఉంటాయి, దీని ఫలితంగా బ్యాటరీ కరెంట్ యొక్క మూలంగా నిలిచిపోతుంది. బ్యాటరీని ఈ స్థితికి తీసుకురాలేదు. ప్లేట్లపై ప్రధాన సల్ఫేట్ ఏర్పడటం వలన, ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క ఏకాగ్రత ఉత్సర్గ చివరిలో తగ్గుతుంది. బ్యాటరీ ఛార్జ్ చేయబడితే, దానిని మళ్లీ డిశ్చార్జ్‌లో ఉంచడానికి ధ్రువణత మళ్లీ ఏర్పడవచ్చు.

బ్యాటరీని ఎలా ఛార్జ్ చేయాలి

బ్యాటరీలను ఛార్జ్ చేయడానికి అనేక మార్గాలు ఉన్నాయి. సరళమైనది బ్యాటరీ యొక్క సాధారణ ఛార్జింగ్, ఇది క్రింది విధంగా చేయబడుతుంది. ప్రారంభంలో, 5 - 6 గంటల పాటు, ప్రతి బ్యాటరీ యొక్క వోల్టేజ్ 2.4 V చేరుకునే వరకు డబుల్ సాధారణ కరెంట్‌తో ఛార్జింగ్ చేయబడుతుంది.

సాధారణ ఛార్జింగ్ కరెంట్ Aztax = Q / 16 సూత్రం ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది

ఇక్కడ Q — బ్యాటరీ యొక్క నామమాత్రపు సామర్థ్యం, ​​Ah.

ఆ తరువాత, ఛార్జింగ్ కరెంట్ సాధారణ విలువకు తగ్గించబడుతుంది మరియు ఛార్జింగ్ ముగింపు సంకేతాలు కనిపించే వరకు 15-18 గంటల పాటు ఛార్జింగ్ కొనసాగుతుంది.

ఆధునిక బ్యాటరీలు

నికెల్-కాడ్మియం లేదా ఆల్కలీన్ బ్యాటరీలు సీసం బ్యాటరీల కంటే చాలా ఆలస్యంగా కనిపించాయి మరియు వాటితో పోలిస్తే రసాయన కరెంట్ యొక్క ఆధునిక వనరులు.ప్రధాన బ్యాటరీల కంటే ఆల్కలీన్ బ్యాటరీల యొక్క ప్రధాన ప్రయోజనం ప్లేట్ల క్రియాశీల ద్రవ్యరాశికి సంబంధించి వాటి ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క రసాయన తటస్థతలో ఉంటుంది. అందువల్ల, ఆల్కలీన్ బ్యాటరీల స్వీయ-ఉత్సర్గ లెడ్-యాసిడ్ బ్యాటరీల కంటే గణనీయంగా తక్కువగా ఉంటుంది. ఆల్కలీన్ బ్యాటరీల ఆపరేషన్ సూత్రం విద్యుద్విశ్లేషణ సమయంలో ఎలక్ట్రోడ్ల ధ్రువణతపై కూడా ఆధారపడి ఉంటుంది.

రేడియో పరికరాలను శక్తివంతం చేయడానికి, సీల్డ్ కాడ్మియం-నికెల్ బ్యాటరీలు ఉత్పత్తి చేయబడతాయి, ఇవి -30 నుండి +50 OC వరకు ఉష్ణోగ్రతల వద్ద ప్రభావవంతంగా ఉంటాయి మరియు 400 - 600 ఛార్జ్-డిచ్ఛార్జ్ సైకిళ్లను తట్టుకోగలవు. ఈ అక్యుమ్యులేటర్లు కొన్ని గ్రాముల నుండి కిలోగ్రాముల వరకు బరువున్న కాంపాక్ట్ పారాలెలెపిపెడ్స్ మరియు డిస్కుల రూపంలో తయారు చేయబడతాయి.

స్వయంప్రతిపత్త వస్తువులను శక్తివంతం చేయడానికి నికెల్-హైడ్రోజన్ బ్యాటరీలు ఉత్పత్తి చేయబడతాయి. నికెల్-హైడ్రోజన్ బ్యాటరీ యొక్క నిర్దిష్ట శక్తి 50 — 60 Wh kg-1.