Κυψέλη οξειδίου του αργύρου
Η κυψέλη είναι μια συσκευή που μετατρέπει τη χημική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια και λειτουργεί ως τροφοδοτικό ηλεκτρικού ρεύματος. Μπορεί να χωριστεί σε δύο τύπους - πρωτεύον και δευτερεύον. Ένα πρωτεύον κελί είναι ένας τύπος κελιού που μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο μία φορά και στη συνέχεια να απορριφθεί. Δεν μπορεί να επαναφορτιστεί για χρήση ξανά. Αυτό συμβαίνει επειδή η χημική αντίδραση που λαμβάνει χώρα μέσα στο κύτταρο είναι μη αναστρέψιμη, δηλ. μπορεί να κινηθεί μόνο στην προς τα εμπρός αντίδραση και δεν μπορεί να αναστραφεί ακόμη και μετά την εφαρμογή εξωτερικής ενέργειας. Ένα από τα πιο αξιοσημείωτα πρωτεύοντα κύτταρα είναι το κελί οξειδίου του αργύρου.
Κυψέλη οξειδίου του αργύρου – Σημασία
Είναι ένα πρωτεύον στοιχείο όπου ο ψευδάργυρος χρησιμοποιείται ως υλικό ανόδου και το οξείδιο του αργύρου ως κάθοδος. Σε ένα ηλεκτροχημικό στοιχείο, το υλικό της ανόδου πρέπει να είναι τέτοιο ώστε να μπορεί να είναι μια καλή πηγή ηλεκτρονίων. Τα μέταλλα χρησιμοποιούνται κυρίως ως άνοδος.
Ο ψευδάργυρος είναι ένας καλός αναγωγικός παράγοντας, καθώς μπορεί εύκολα να μετατραπεί από Zn(0) σε Zn(II). Ο ψευδάργυρος είναι πολύ σταθερός όταν υπάρχει με τη μορφή του κατιόντος Zn2+. Είναι επειδή η ηλεκτρονική διαμόρφωση του Zn2+ είναι [Ar] 3d10. Το d-τροχιακό είναι πλήρως γεμάτο, καθιστώντας το κατιόν εξαιρετικά σταθερό.
Μια κάθοδος είναι όπου τα ηλεκτρόνια που απελευθερώνονται από την άνοδο εναποτίθενται και μειώνουν το υλικό της καθόδου. Το οξείδιο του αργύρου εδώ μειώνεται σε άργυρο και σχηματίζονται ιόντα υδροξειδίου ως υποπροϊόν αυτής της χημικής αντίδρασης.
Η κυψέλη οξειδίου του αργύρου είναι μια μικρή και κύρια κυψέλη που διατηρεί σταθερή εκκένωση με υψηλή χωρητικότητα. Η πρώτη μπαταρία οξειδίου του αργύρου (η οποία είναι ένας συνδυασμός πολλαπλών στοιχείων οξειδίου του αργύρου) αναπτύχθηκε από τον Andre τη δεκαετία του 1930. Ο αρχικός συνδυασμός βολταϊκού ψευδαργύρου/αργύρου αναπτύχθηκε από τη Volta το 1800.
Χημεία κυττάρων οξειδίου του αργύρου
Εκτός από τη χρήση οξειδίου του αργύρου ως κάθοδος και ψευδάργυρου ως άνοδος, χρησιμοποιούμε έναν αλκαλικό ηλεκτρολύτη όπως το υδροξείδιο του καλίου (KOH) ή το υδροξείδιο του νατρίου (NaOH) στο στοιχείο.
Οι ακόλουθες αντιδράσεις μισού κυττάρου λαμβάνουν χώρα στα αντίστοιχα ηλεκτρόδια:
Zn + 2OH- → Zn(OH)2 + 2e- (EoZn/Zn2+> 1V)
Η παραπάνω αντίδραση λαμβάνει χώρα στην άνοδο. Παρουσία ιόντων υδροξειδίου, ο ψευδάργυρος οξειδώνεται και απελευθερώνει 2 ηλεκτρόνια. Το δυναμικό μείωσης του ηλεκτροδίου είναι εξαιρετικά θετικό, καθιστώντας αυτήν την αντίδραση αυθόρμητη και εφικτή.
Αγ2 O + 2e- + H2 O → 2Ag↓ + 2OH- (EoAg+/Ag> 1V)
Η παραπάνω αντίδραση λαμβάνει χώρα στην κάθοδο. Τα ηλεκτρόνια που απελευθερώνονται από την άνοδο εναποτίθενται στην κάθοδο του οξειδίου του αργύρου. Λόγω του εξαιρετικά θετικού δυναμικού μείωσης του ηλεκτροδίου αυτής της αντίδρασης, τα ιόντα αργύρου (Ι) ανάγεται εύκολα σε άργυρο (0). Το ασήμι κατακρημνίζεται.
Οι δύο μεμονωμένες αντιδράσεις μισών κυττάρων μπορούν να συνδυαστούν για να λάβουν τη συνολική κυτταρική αντίδραση.
Ag2O + Zn + H2 O → 2Ag↓ + Zn(OH)2
Η κυψέλη δίνει την τάση ανοιχτού κυκλώματος ίση με περίπου 1,55 V.
Ιδιότητες και εφαρμογές
Οι μπαταρίες οξειδίου του αργύρου παρέχουν υψηλή αναλογία ενέργειας προς βάρος, δηλαδή, μπορεί να παραχθεί υψηλή ενέργεια από σχετικά χαμηλότερο βάρος. Είναι πολύ ανθεκτικό. Έχει υψηλή ικανότητα ανοχής στο τρέχον φορτίο. Διατίθεται σε διάφορα μεγέθη, από ένα μικρό κουμπί έως μια μεγάλη μπαταρία.
Έχει άπειρες εφαρμογές στην ηλεκτρονική βιομηχανία. Χρησιμοποιείται κυρίως σε αριθμομηχανές και ρολόγια, καθώς αυτές οι συσκευές απαιτούν σταθερή εκκένωση ρεύματος και μικρό μέγεθος κυψέλης. Η κυψέλη που χρησιμοποιεί υδροξείδιο του καλίου ως υλικό ηλεκτρολύτη χρησιμοποιείται σε ρολόγια LCD. Εάν η κυψέλη έχει χλωριούχο νάτριο ως ηλεκτρολύτη, τότε κατά προτίμηση θα χρησιμοποιείται σε ψηφιακά ρολόγια.
Χρησιμοποιούνται σε ιατρικές συσκευές, όπως ακουστικά βαρηκοΐας, και σε άλλο εξοπλισμό όπως τηλεειδοποιητές και κάμερες.
Οι κυψέλες οξειδίου του αργύρου μεγάλου μεγέθους δεν χρησιμοποιούνται πραγματικά για καθημερινές εφαρμογές. Χρησιμοποιούνται για στρατιωτικούς σκοπούς, για παράδειγμα, σε υποβρύχια και τορπίλες. Έχει μια σειρά εφαρμογών στην αεροδιαστημική μηχανική. Ένα ενδιαφέρον γεγονός είναι ότι χρησιμοποιήθηκε για την τροφοδοσία του φεγγαριού σε διαστημικές αποστολές.
Μειονεκτήματα
Παρόλο που οι κυψέλες οξειδίου του αργύρου έχουν πολλά πλεονεκτήματα, ένα σημαντικό μειονέκτημα είναι ότι το υλικό της ανόδου, δηλαδή ο ψευδάργυρος, μπορεί να διαβρωθεί λόγω της υψηλής βασικότητας του διαλύματος ηλεκτρολύτη. Η διάβρωση είναι μια εξαιρετικά ανεπιθύμητη κατάσταση καθώς γίνεται όλο και πιο δύσκολο να διατηρηθεί η χωρητικότητα του στοιχείου. Γίνεται ηλεκτρόλυση του ηλεκτρολύτη, η οποία έχει ως αποτέλεσμα το σχηματισμό αερίου υδρογόνου. Προκαλεί την επέκταση του κυττάρου και την αύξηση της πίεσης στο εσωτερικό του.
Για την αντιμετώπιση αυτής της διάβρωσης, χρησιμοποιείται υδράργυρος σε μικρές ποσότητες. Όμως, η χρήση υδραργύρου αποθαρρύνεται. Γίνονται προσπάθειες για την παραγωγή μπαταριών οξειδίου του αργύρου χωρίς τη χρήση υδραργύρου.
Ένα άλλο μειονέκτημα είναι ότι είναι ακριβό. Για το λόγο αυτό, μόνο μικρού μεγέθους κυψέλες οξειδίου του αργύρου χρησιμοποιούνται για εμπορικούς σκοπούς. Κυψέλες μεγάλου μεγέθους δεν χρησιμοποιούνται στο εμπόριο.
Συμπέρασμα
Οι σημειώσεις από οξείδιο του αργύρου έχουν σκοπό να σας βοηθήσουν να κατανοήσετε τη χημεία, την ιστορία και την εφαρμογή αυτού του κυττάρου. Είναι ένα από τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα πρωτογενή κύτταρα. Η χημική αντίδραση που συμβαίνει μέσα στο κύτταρο είναι μη αναστρέψιμη. Ονομάζεται επίσης κυψέλη αργύρου-ψευδάργυρου, επειδή τα υλικά των ηλεκτροδίων της αποτελούνται από αυτά τα δύο μέταλλα. Αυτό το στοιχείο έχει μια πιο επίπεδη καμπύλη εκφόρτισης σε σύγκριση με μια αλκαλική μπαταρία. Ο χρόνος λειτουργίας είναι μεγαλύτερος σε σύγκριση με μια μπαταρία ιόντων λιθίου. Δεν δημιουργούν προβλήματα θερμικής διαφυγής (ένα πρόβλημα που παρατηρείται πολύ συχνά στις μπαταρίες ιόντων λιθίου).
