बॅटरी जग - भाग 1

2019 चे रसायनशास्त्रातील नोबेल पारितोषिक लिथियम-आयन बॅटरीचे डिझाइन विकसित करण्यासाठी प्रदान करण्यात आले. नोबेल समितीच्या इतर काही निकालांप्रमाणे, हे आश्चर्यचकित झाले नाही - अगदी उलट. लिथियम-आयन बॅटरी उर्जा स्मार्टफोन, लॅपटॉप, पोर्टेबल पॉवर टूल्स आणि अगदी इलेक्ट्रिक कार. जॉन गुडइनफ, स्टॅनली व्हिटिंगहॅम आणि अकिरा योशिनो या तीन शास्त्रज्ञांना डिप्लोमा, सुवर्ण पदके आणि वितरणासाठी 9 दशलक्ष SEK मिळाले. 

आमच्या रसायनशास्त्र चक्राच्या मागील अंकात तुम्ही पुरस्काराच्या तर्काबद्दल अधिक वाचू शकता - आणि लेख स्वतः पेशी आणि बॅटरीच्या समस्येच्या अधिक तपशीलवार सादरीकरणाच्या घोषणेसह समाप्त झाला. आपले वचन पाळण्याची वेळ आली आहे.

प्रथम, नामकरणातील अशुद्धतेचे थोडक्यात स्पष्टीकरण.

दुवा हे एकमेव सर्किट आहे जे व्होल्टेज निर्माण करते.

बॅटरी योग्यरित्या जोडलेल्या पेशींचा समावेश आहे. व्होल्टेज, कॅपेसिटन्स (सिस्टममधून काढता येणारी ऊर्जा) किंवा दोन्ही वाढवणे हे ध्येय आहे.

аккумулятор ही एक सेल किंवा बॅटरी आहे जी संपल्यावर रिचार्ज केली जाऊ शकते. प्रत्येक चिपमध्ये हे गुणधर्म नसतात - बरेच डिस्पोजेबल असतात. दैनंदिन भाषणात, पहिल्या दोन संज्ञा अनेकदा परस्पर बदलून वापरल्या जातात (हे लेखात देखील असेल), परंतु त्यांच्यातील फरकाची जाणीव असणे आवश्यक आहे (1).

1. पेशींचा समावेश असलेल्या बॅटरी.

गेल्या दशकांपासून बॅटरीचा शोध लागला नाही, त्यांचा इतिहास खूप मोठा आहे. तुम्ही अनुभवाबद्दल आधीच ऐकले असेल गॅल्व्हनी i व्होल्ट XNUMXव्या आणि XNUMXव्या शतकाच्या शेवटी, ज्याने भौतिकशास्त्र आणि रसायनशास्त्रात विद्युत प्रवाहाच्या वापराची सुरुवात केली. तथापि, बॅटरीचा इतिहास अगदी पूर्वीपासून सुरू झाला. ते खूप वर्षांपूर्वी होते…

...बगदादमध्ये बराच काळ

1936 मध्ये एक जर्मन पुरातत्वशास्त्रज्ञ विल्हेल्म कोनिग बगदादजवळ एक मातीचे भांडे इ.स.पू. तिसर्‍या शतकातील सापडले. युफ्रेटिस आणि टायग्रिसवरील संस्कृती हजारो वर्षे भरभराटीला आल्याने हा शोध असामान्य वाटला नाही.

तथापि, जहाजातील सामग्री रहस्यमय होती: तांब्याच्या पत्राचा गंजलेला रोल, लोखंडी रॉड आणि नैसर्गिक राळचे अवशेष. बगदादमधील अ‍ॅली ऑफ ज्वेलर्सला भेट दिल्याचे आठवेपर्यंत कोएनिग या कलाकृतीच्या उद्देशाबद्दल गोंधळून गेला. मौल्यवान धातूंनी तांबे उत्पादने झाकण्यासाठी स्थानिक कारागिरांद्वारे तत्सम रचना वापरल्या जात होत्या. ही एक प्राचीन बॅटरी होती ही कल्पना इतर पुरातत्वशास्त्रज्ञांना पटली नाही की त्या वेळी विजेचा कोणताही पुरावा टिकला नाही.

तर (त्यालाच शोध म्हणतात) ही खरी गोष्ट आहे की १००१ रात्रीची परीकथा? प्रयोग ठरवू द्या.

आपल्याला आवश्यक असेल: तांब्याचे ताट, लोखंडी खिळे आणि व्हिनेगर (लक्षात घ्या की हे सर्व साहित्य पुरातन काळात ज्ञात आणि मोठ्या प्रमाणावर उपलब्ध होते). भांडे सील करण्यासाठी राळ बदला आणि इन्सुलेशन म्हणून प्लॅस्टिकिनने बदला.

बीकर किंवा फ्लास्कमध्ये प्रयोग करा, जरी मातीची फुलदाणी वापरल्याने चाचणीला एक अस्सल चव मिळेल. सॅंडपेपर वापरून, फलकांपासून धातूचे पृष्ठभाग स्वच्छ करा आणि त्यांना तारा जोडा.

तांब्याचे ताट एका रोलमध्ये लाटून भांड्यात ठेवा आणि रोलमध्ये खिळा घाला. प्लॅस्टिकिन वापरुन, प्लेट आणि नखे निश्चित करा जेणेकरून ते एकमेकांना स्पर्श करणार नाहीत (2). भांड्यात व्हिनेगर (अंदाजे 5% द्रावण) घाला आणि मल्टीमीटर वापरून, तांबे प्लेट आणि लोखंडी खिळ्यांना जोडलेल्या तारांच्या टोकांमधील व्होल्टेज मोजा. डीसी करंट मोजण्यासाठी इन्स्ट्रुमेंट सेट करा. ध्रुवांपैकी कोणता "प्लस" आहे आणि व्होल्टेज स्त्रोताचा "वजा" कोणता आहे?

2. बगदादमधील बॅटरीच्या आधुनिक प्रतीचे स्केच.

मीटर 0,5-0,7 V दर्शविते, म्हणून बगदादची बॅटरी कार्यरत आहे! कृपया लक्षात घ्या की सिस्टमचा सकारात्मक ध्रुव तांबे आहे आणि नकारात्मक ध्रुव लोखंडाचा आहे (टर्मिनल्सला वायर जोडण्यासाठी मीटर केवळ एका पर्यायामध्ये सकारात्मक व्होल्टेज मूल्य दर्शवते). उपयुक्त कामासाठी बिल्ट कॉपीमधून वीज मिळणे शक्य आहे का? होय, परंतु व्होल्टेज वाढवण्यासाठी आणखी काही मॉडेल बनवा आणि त्यांना मालिकेत कनेक्ट करा. LED ला सुमारे 3 व्होल्ट्स आवश्यक आहेत - जर तुम्हाला तुमच्या बॅटरीमधून ते जास्त मिळाले तर LED उजळेल.

बगदाद बॅटरीची लहान-आकाराची उपकरणे उर्जा करण्याच्या क्षमतेसाठी वारंवार चाचणी केली गेली. असाच प्रयोग अनेक वर्षांपूर्वी कल्ट प्रोग्राम मिथबस्टर्सच्या लेखकांनी केला होता. मिथबस्टर्स (तुम्हाला अजूनही अॅडम आणि जेमी आठवतात का?) देखील निष्कर्षापर्यंत पोहोचले की रचना एक प्राचीन बॅटरी म्हणून काम करू शकते.

मग वीजेसह मानवतेचे साहस 2 वर्षांपूर्वी सुरू झाले? होय आणि नाही. होय, कारण तरीही वीज पुरवठा डिझाइन करणे शक्य होते. नाही, कारण शोध व्यापक झाला नाही - तेव्हा आणि पुढील अनेक शतके कोणालाही त्याची गरज नव्हती.

कनेक्शन? हे सोपं आहे!

मेटल प्लेट्स किंवा वायर्स, अॅल्युमिनियम, लोखंड इत्यादी पृष्ठभाग पूर्णपणे स्वच्छ करा. रसाळ फळामध्ये दोन भिन्न धातूंचे नमुने घाला (जे वीज प्रवाह सुलभ करेल) जेणेकरून ते एकमेकांना स्पर्श करणार नाहीत. फळांमधून चिकटलेल्या तारांच्या टोकांना मल्टीमीटर क्लॅम्प कनेक्ट करा आणि त्यांच्यामधील व्होल्टेज वाचा. वापरलेल्या धातूंचे प्रकार (तसेच फळे) बदला आणि प्रयत्न करत रहा (3).

3. फळ सेल (अॅल्युमिनियम आणि तांबे इलेक्ट्रोड).

सर्व प्रकरणांमध्ये दुवे तयार केले गेले. प्रयोगासाठी घेतलेल्या धातू आणि फळांवर अवलंबून मोजलेल्या व्होल्टेजची मूल्ये भिन्न असतात. बॅटरीमध्ये फळांच्या पेशी एकत्र केल्याने तुम्हाला ते लहान इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांना उर्जा देण्यासाठी वापरण्याची परवानगी मिळेल (या प्रकरणात, त्यास थोड्या प्रमाणात करंट आवश्यक आहे, जे तुम्ही तुमच्या डिझाइनमधून मिळवू शकता).

अत्यंत फळांच्या बाहेर चिकटलेल्या तारांचे टोक तारांना जोडा आणि हे, त्या बदल्यात, LED च्या टोकांना जोडा. तुम्ही डायोडच्या संबंधित "टर्मिनल्स" शी बॅटरीचे खांब जोडताच आणि व्होल्टेजने ठराविक थ्रेशोल्ड ओलांडला की डायोड उजळेल (वेगवेगळ्या रंगांच्या डायोड्सचा प्रारंभिक व्होल्टेज वेगळा असतो, परंतु सुमारे 3 व्होल्ट पुरेसे असावेत. ).

तितकेच आकर्षक उर्जा स्त्रोत एक इलेक्ट्रॉनिक घड्याळ आहे - ते "फ्रूट बॅटरी" वर दीर्घकाळ कार्य करू शकते (जरी घड्याळाच्या मॉडेलवर बरेच काही अवलंबून असते).

भाज्या कोणत्याही प्रकारे फळांपेक्षा निकृष्ट नसतात आणि आपल्याला त्यामधून बॅटरी तयार करण्यास देखील परवानगी देतात. म्हणून? काही लोणचे आणि योग्य प्रमाणात तांबे आणि अॅल्युमिनियम शीट्स किंवा तारा घ्या (तुम्ही ते स्टीलच्या खिळ्यांनी बदलू शकता, परंतु तुम्हाला एकाच लिंकवरून कमी व्होल्टेज मिळेल). बॅटरी एकत्र करा आणि जेव्हा तुम्ही संगीत बॉक्समधून एकात्मिक सर्किटला उर्जा देण्यासाठी तिचा वापर कराल, तेव्हा काकडी गायन गायन करेल!

काकडी का? कॉन्स्टँटिन इल्डेफॉन्स गॅलचिन्स्की यांनी असा युक्तिवाद केला की: "जर काकडी गात नाही आणि कोणत्याही वेळी, तो कदाचित स्वर्गाच्या इच्छेने पाहू शकत नाही." असे दिसून आले की एक केमिस्ट अशा गोष्टी करू शकतो ज्यांचे स्वप्न कवींनी देखील पाहिले नाही.

बिव्होक बॅटरी

आणीबाणीच्या परिस्थितीत, तुम्ही स्वतः बॅटरी डिझाईन करू शकता आणि LED उर्जा देण्यासाठी वापरू शकता. खरे आहे, प्रकाश मंद होईल, परंतु तो कोणत्याहीपेक्षा चांगला आहे.

तुम्हाला काय लागेल? डायोड, अर्थातच, आणि त्याव्यतिरिक्त, बर्फाचा घन साचा, तांब्याची तार आणि स्टीलचे खिळे किंवा स्क्रू (विद्युत प्रवाह सुलभ करण्यासाठी धातूंनी त्यांचे पृष्ठभाग स्वच्छ केले पाहिजेत). वायरचे तुकडे करा आणि तुकड्याच्या एका टोकाने स्क्रू किंवा खिळ्याचे डोके गुंडाळा. अशा प्रकारे अनेक स्टील-तांबे लेआउट बनवा (8-10 पुरेसे असावे).

मोल्डमधील रेसेसमध्ये ओलसर माती घाला (आपण याव्यतिरिक्त मीठ पाण्याने शिंपडू शकता, ज्यामुळे विद्युत प्रतिकार कमी होईल). आता तुमची रचना पोकळीमध्ये घाला: स्क्रू किंवा खिळे एका छिद्रात आणि तांब्याची तार दुसऱ्या छिद्रात जावे. पुढील ठेवा जेणेकरुन त्याच पोकळीत तांब्यासह स्टील असेल (धातू एकमेकांच्या संपर्कात येऊ शकत नाहीत). संपूर्ण एक शृंखला बनवते: स्टील-तांबे-स्टील-तांबे, इ. घटक अशा प्रकारे व्यवस्थित करा की पहिली आणि शेवटची पोकळी (स्वतंत्र धातू असलेले एकमेव) एकमेकांच्या शेजारी असतात.

इथे कळस येतो.

डायोडचा एक पाय रांगेतील पहिल्या विश्रांतीमध्ये आणि दुसरा पाय शेवटच्या भागात घाला. ते चमकत आहे का?

तसे असल्यास, अभिनंदन (4)! नसल्यास, त्रुटी शोधा. LED डायोड, पारंपारिक लाइट बल्बच्या विपरीत, ध्रुवीय कनेक्शन असणे आवश्यक आहे (तुम्हाला माहित आहे की कोणता धातू "प्लस" आहे आणि बॅटरीचा "वजा" कोणता आहे?). जमिनीच्या विरुद्ध दिशेने पाय घालणे पुरेसे आहे. बिघाडाची इतर कारणे म्हणजे खूप कमी व्होल्टेज (किमान 3 व्होल्ट), ओपन सर्किट किंवा त्यात शॉर्ट सर्किट.

4. "पृथ्वी बॅटरी" कार्यरत आहे.

पहिल्या प्रकरणात, घटकांची संख्या वाढवा. दुसऱ्यामध्ये, धातूंमधील कनेक्शन तपासा (त्यांच्या सभोवतालची जमीन देखील सील करा). तिसऱ्या प्रकरणात, तांबे आणि स्टीलचे टोक जमिनीखाली एकमेकांना स्पर्श करत नाहीत याची खात्री करा आणि तुम्ही ज्या मातीने किंवा मोर्टारने ते ओले केले ते शेजारील खड्डे जोडत नाहीत.

"पृथ्वी बॅटरी" चा प्रयोग मनोरंजक आहे आणि हे सिद्ध करते की जवळजवळ कोणत्याही गोष्टीपासून वीज मिळवता येते. तुम्‍हाला अंगभूत रचना वापरण्‍याची आवश्‍यकता नसली तरीही, तुम्‍ही तुमच्‍या मॅकगायव्‍हर सारखी कौशल्ये (कदाचित केवळ वरिष्ठ तंत्रज्ञांनाच स्‍मरणात असल्‍याने) किंवा जगण्‍याचा मास्‍टर वापरून तुम्‍ही सुट्टीतील लोकांना प्रभावित करू शकता.

पेशी कसे कार्य करतात?

प्रवाहकीय द्रावणात (इलेक्ट्रोलाइट) बुडवलेला धातू (इलेक्ट्रोड) त्यातून चार्ज होतो. केशन्सची किमान रक्कम द्रावणात जाते, तर इलेक्ट्रॉन धातूमध्ये राहतात. द्रावणात किती आयन आहेत आणि धातूमध्ये किती जास्त इलेक्ट्रॉन आहेत हे धातूचा प्रकार, द्रावण, तापमान आणि इतर अनेक घटकांवर अवलंबून असते. इलेक्ट्रोलाइटमध्ये दोन भिन्न धातू बुडविल्यास, इलेक्ट्रॉनच्या भिन्न संख्येमुळे त्यांच्यामध्ये व्होल्टेज निर्माण होईल. इलेक्ट्रोड्सला वायरने जोडताना, धातूचे इलेक्ट्रॉन मोठ्या संख्येने (नकारात्मक इलेक्ट्रोड, म्हणजे सेल एनोड) त्यांच्यापैकी कमी संख्येसह (सकारात्मक इलेक्ट्रोड - कॅथोड) धातूमध्ये वाहू लागतील. अर्थात, सेलच्या ऑपरेशन दरम्यान, समतोल राखला जाणे आवश्यक आहे: एनोडमधून धातूचे केशन द्रावणात जातात आणि कॅथोडला वितरित केलेले इलेक्ट्रॉन आसपासच्या आयनांशी प्रतिक्रिया देतात. संपूर्ण सर्किट इलेक्ट्रोलाइटद्वारे बंद केले जाते जे आयन वाहतूक प्रदान करते. कंडक्टरमधून वाहणाऱ्या इलेक्ट्रॉनची ऊर्जा उपयुक्त कामासाठी वापरली जाऊ शकते.