Cấu tạo cơ bản và nguyên tắc hoạt động của pin điện hóa

Pin điện hóa là một thiết bị dùng để lưu trữ và cung cấp điện năng bằng cách chuyển hóa năng lượng phản ứng hóa học thành năng lượng điện. Pin điện hóa có nhiều loại, hình dạng và kích thước khác nhau, được sử dụng trong nhiều thiết bị điện tử như đồng hồ, điều khiển, máy ảnh, điện thoại, v.v. Vậy nguyên tắc hoạt động của pin điện hóa là gì? Hãy cùng tìm hiểu qua bài viết này.

1. Cấu tạo của pin điện hóa

Pin điện hóa gồm có ba thành phần chính, là:

Bạn đang xem: Cấu tạo cơ bản và nguyên tắc hoạt động của pin điện hóa

• Điện cực (Electrode): Là hai miếng kim loại khác nhau, có khả năng tạo ra hoặc nhận các electron trong quá trình phản ứng hóa học. Điện cực có hai loại, là điện cực dương (Anode) và điện cực âm (Cathode). Điện cực dương là nơi xảy ra phản ứng oxy hóa, tức là mất electron. Điện cực âm là nơi xảy ra phản ứng khử, tức là nhận electron.
• Chất điện li (Electrolyte): Là một dung dịch hoặc một chất rắn có khả năng dẫn điện bằng cách chuyển các ion (hạt tải điện) từ điện cực này sang điện cực kia. Chất điện li cũng có vai trò là môi trường cho các phản ứng hóa học xảy ra ở hai điện cực.
• Đường dẫn bên ngoài (External Circuit): Là một đường dây điện nối hai điện cực với nhau, và với các thiết bị tiêu thụ điện năng. Đường dẫn bên ngoài là nơi các electron di chuyển từ điện cực dương đến điện cực âm, tạo ra dòng điện.

2. Nguyên tắc hoạt động của pin điện hóa

Nguyên tắc hoạt động của pin điện hóa như sau:

• Khi kết nối hai điện cực với đường dẫn bên ngoài, sẽ có một chênh lệch điện thế giữa hai điện cực, do sự khác biệt về khả năng tạo ra hoặc nhận electron của các kim loại. Chênh lệch điện thế này tạo ra một lực đẩy các electron từ điện cực dương đến điện cực âm, tạo ra dòng điện.
• Khi dòng điện chạy qua đường dẫn bên ngoài, các electron sẽ bị rút khỏi điện cực dương, làm cho điện cực dương bị oxy hóa, tức là mất electron. Ví dụ, nếu điện cực dương là thanh kẽm, thì phản ứng oxy hóa sẽ là:

Xem thêm : Năng lượng liên kết riêng là năng lượng liên kết

Zn→Zn2++2e−

• Các ion kim loại dương (ví dụ Zn2+) sẽ đi vào chất điện li, làm cho điện cực dương bị tan dần. Các electron bị rút khỏi điện cực dương sẽ đi đến điện cực âm, làm cho điện cực âm bị khử, tức là nhận electron. Ví dụ, nếu điện cực âm là thanh đồng, thì phản ứng khử sẽ là:

Cu2++2e−→Cu

• Các ion kim loại âm (ví dụ Cu2+) sẽ đi ra khỏi chất điện li, và kết tinh trên bề mặt của điện cực âm, làm cho điện cực âm bị phủ dần. Các phản ứng oxy hóa và khử xảy ra đồng thời, làm cho dòng điện được duy trì cho đến khi hết chất phản ứng.
• Trong quá trình phản ứng, chất điện li cũng có vai trò quan trọng. Chất điện li cung cấp các ion để duy trì sự cân bằng điện tích giữa hai điện cực, và cũng tham gia vào các phản ứng hóa học bổ sung. Ví dụ, nếu chất điện li là dung dịch axit sunfuric loãng H2SO4, thì các phản ứng bổ sung sẽ là:

H2​SO4​→2H++SO42−​

Zn+SO42−​→ZnSO4​

Xem thêm : Danh sách các nước đông nam á? Thủ đô và diện tích từng quốc gia

2H++2e−→H2​

• Như vậy, tổng quát, nguyên tắc hoạt động của pin điện hóa là:

Kim loại dương + Kim loại âm + Chất điện giải → Dòng điện + Kim loại dương tan + Kim loại âm phủ + Chất phụ sinh

3. Một số loại pin điện hóa phổ biến

Pin điện hóa có nhiều loại khác nhau, tùy thuộc vào loại kim loại và chất điện li được sử dụng. Một số loại pin điện hóa phổ biến là:

• Pin điện hóa Zinc carbon: Đây là loại pin điện hóa đã có từ rất lâu. Pin carbon kẽm có giá rất rẻ, thích hợp cho các thiết bị tiêu thụ ít điện năng, như đồng hồ, điều khiển, đèn pin, đồ chơi, v.v. Pin carbon kẽm có điện cực dương là thanh kẽm, điện cực âm là thanh carbon, và chất điện li là dung dịch amoniac hoặc manganat kali.
• Pin điện hóa Alkaline (Pin kiềm): Đây là loại pin điện hóa thông dụng nhất hiện nay, bởi giá thành thấp mà dung lượng cao. Pin kiềm có nhiều loại hình dạng, từ loại thông dụng AA (pin tiểu) đến AAA (pin đũa, pin mini) hoặc C (pin trung), D (pin đại). Pin kiềm có điện cực dương là thanh kẽm, điện cực âm là thanh đồng, và chất điện li là dung dịch hydroxit kali.
• Pin điện hóa Ni-MH (Nickel Metal Hidride): Đây là loại pin điện hóa có thể sạc lại nhiều lần, thích hợp cho các thiết bị tiêu thụ nhiều điện năng, như máy ảnh, máy nghe nhạc, v.v. Pin Ni-MH có điện cực dương là thanh nickel oxy hydroxit, điện cực âm là hợp kim kim loại có chứa hidro, và chất điện li là dung dịch kali hydroxit.
• Pin điện hóa Lithium-lon (Li-lon): Đây là loại pin điện hóa hiện đại nhất, có dung lượng cao, tuổi thọ dài, và khả năng sạc nhanh. Pin Li-lon được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị di động, như điện thoại, máy tính bảng, laptop, v.v. Pin Li-lon có điện cực dương là thanh lithium coban oxit, điện cực âm là thanh graphite, và chất điện li là dung dịch muối lithium. Suất điện động của pin Li-lon là khoảng 3,7 V .

Trên đây là những nguyên tắc hoạt động của pin điện hóa cơ bản để hiểu về cấu tạo và hoạt động của pin điện hóa. Trung tâm sửa chữa điện lạnh – điện tử Limosa hy vọng sự hiểu biết rõ ràng về nguyên tắc này sẽ giúp bạn có thể đưa ra quyết định đúng đắn khi lựa chọn mua các thiết bị điện tử có pin điện hóa.

Nguồn: https://thegioiso.edu.vn
Danh mục: Giáo Dục