Cấu Tạo Của 1 Viên Pin Và Phản ứng Hóa Học Bên Trong Pin

Hãy nhìn vào bất kỳ viên pin nào, và bạn sẽ nhận thấy rằng nó có hai cực (terminal). Một cực được đánh dấu (+) là cực dương, cực còn lại được đánh dấu (-) là cực âm. Trong những loại pin cho đèn pin thông thường, như pin AA, C hoặc D, các cực của pin đặt trên hai đầu của pin. Tuy nhiên, một pin 9 volt hoặc ắc quy xe hơi, hai cực pin nằm cạnh nhau phía trên đỉnh viên pin. Nếu bạn kết nối một dây giữa hai cực này, các electron sẽ đi từ cực âm đến cực dương với tốc độ cực kì nhanh. Điều này sẽ làm pin hết nhanh và cũng có thể gây nguy hiểm, đặc biệt là với các loại pin lớn. Để sử dụng pin, bạn phải kết nối pin với một tải chẳng hạn như một bóng đèn, một động cơ hoặc một mạch điện tử.

Các thành phần bên trong của pin được đặt trong vỏ kim loại hoặc nhựa. Bên trong lớp vỏ này là cathode, kết nối với cực dương và anode kết nối cực âm. Các thành phần này được gọi các điện cực, chiếm hầu hết không gian trong pin và là nơi mà các phản ứng hóa học xảy ra.

Một lớp phân cách tạo ra một rào chắn giữa cathode và anode, ngăn ngừa các điện cực này tiếp xúc với nhau trong khi các điện tích vẫn có thể lưu thông tự do. Lớp trung gian cho phép các điện tích chạy giữa cực âm và cực dương được gọi là điện phân. Cuối cùng, anode được nối với đầu âm và cathode nối với đầu dương để truyền điện ra ngoài.

Phản ứng hóa học bên trong pin

Rất nhiều xảy ra bên trong pin khi bạn bật một chiếc đèn pin, điều khiển từ xa hoặc các thiết bị không dây khác. Trong khi các quy trình tạo ra dòng điện khác nhau đôi chút tùy theo loại pin, nhưng nguyên lý hoạt động chẳng khác gì nhau.

Khi tải được nối với 2 cực , pin sản xuất điện thông qua một loạt các phản ứng điện từ giữa cực dương và cực âm và điện phân. Ở anode xảy ra phản ứng oxi hóa trong đó hai hoặc nhiều ion từ chất điện phân kết hợp với anode, tạo ra một hợp chất và giải phóng một hoặc nhiều electron. Đồng thời, ở cathode xảy ra phản ứng khử, trong đó chất làm cathode, các ion và electron tự do cũng kết hợp để tạo thành hợp chất.

Quy trình này nghe có vẻ phức tạp nhưng thực sự rất đơn giản: Phản ứng ở cực âm (anode) tạo ra các electron điện tử, và các phản ứng trong cực dương (cathode) sẽ hấp thụ những electron đó. Kết quả là ta có dòng điện. Các pin sẽ sản xuất điện liên tục cho đến khi một hoặc cả hai điện cực bị ăn mòn hết khiến các phản ứng hóa học trên không thể xảy ra.

Pin hiện đại sử dụng nhiều loại hóa chất để thúc đẩy phản ứng điện hóa tạo ra dòng điện. Các pin hóa học thường gặp bao gồm:

• Pin kẽm - carbon: pin sử dụng điện cực kẽm, carbon khá phổ biến đối với các loại pin rẻ tiền AAA, AA, C và pin khô D. Anode là kẽm còn cathode là mangan dioxide, và chất điện phân là amoni clorua hoặc kẽm clorua.
• Pin Alkaline (pin kiềm): pin hóa học này cũng phổ biến trong các loại pin AA, C và pin khô D. Cathode tạo thành từ hỗn hợp mangan dioxide, trong khi anode là một loại bột kẽm. Pin được đặt tên theo chất điện phân bên trong là kali hydroxit, là một chất kiềm (alkaline)
• Lithium-ion pin (có thể sạc lại): pin thường được sử dụng trong các thiết bị hiệu suất cao, chẳng hạn như điện thoại di động, máy ảnh kỹ thuật số và xe điện. Nhiều chất được sử dụng trong pin lithium, nhưng một sự kết hợp phổ biến là Lithium Cobalt oxide để làm cathode và cacbon làm anode
• Pin chì - axit (có thể sạc): Đây là loại pin được sử dụng phổ biến trong các xe hơi hay còn gọi là ắc quy. Các điện cực thường được làm bằng chì dioxide và chì kim loại, trong khi chất điện phân là dung dịch axit sulfuric.

Hãy thử tạo ra một viên pin

Nếu bạn muốn tìm hiểu thêm về các phản ứng điện hoá xảy ra trong pin, bạn có thể hoàn toàn tự làm thí nghiệm với những vật liệu gia dụng đơn giản. Bạn nên mua một đồng hồ đo điện ở các cửa hàng điện tử, có thể đọc điện áp thấp (trong phạm vi 1 volt) và cường độ điện thấp (trong khoảng 5-10 milliamp) để đo lường thí nghiệm. Với thiết bị này trên tay, bạn sẽ có thể nhìn thấy chính xác pin của bạn hoạt động ra sao.Bạn có thể tạo ra pin Volta của bạn bằng cách sử dụng đồng xu bằng đồng, giấy kim loại gói thực phẩm, giấy thấm, giấm và muối. Cắt giấy gói thực phẩm và giấy thấm thành hình tròn, sau đó ngâm giấy thấm trong một hỗn hợp giấm và muối. Sử dụng băng keo giấy, gắn vào một trong những đĩa giấy thiếc vừa cắt một đoạn dây đồng. Bây giờ bạn xếp chồng các vật liệu theo thứ tự sau: giấy kim loại, giấy thấm, đồng xu, giấy kim loại, giấy thấm, đồng xu và xếp khoảng 10 lần như thế. Khi các đồng xu cuối cùng nằm ở phía trên thì bạn đính kèm vào nó một dây điện. Cuối cùng, nối hai dây điện đã gắn với một bóng đèn LED, đèn sẽ sáng. Trong thí nghiệm này, kim loại đồng trong đồng xu đóng vai trò như cực dương (cathode) còn giấy kim loại đóng vai trò như cực âm (anode), dung dịch dấm và muối chính là chất điện phân, và giấy thấm là các màng phân cách giữa các lớp.Một pin tự chế cũng có thể được làm từ dây đồng, kẹp giấy kim loại và một quả chanh. Đầu tiên, cắt một đoạn ngắn dây đồng và uốn thẳng chiếc kẹp giấy. Sử dụng giấy ráp đánh mịn cả hai thứ trên. Tiếp theo, nhẹ nhàng ép chanh bằng cách lăn trên bàn nhưng cẩn thận không để làm vỡ quả chanh. Cắm dây đồng và kẹp giấy vào chanh, đảm bảo khoảng cách giữa chúng càng gần càng tốt nhưng không được tiếp xúc nhau. Cuối cùng, nối dây đồng và kẹp giấy với đồng hồ đo điện, bạn sẽ thấy viên pin chanh này thực sự hoạt động.