इलेक्ट्रोड: Difference between revisions

From Vigyanwiki
No edit summary
 
(8 intermediate revisions by 5 users not shown)
Line 1: Line 1:
[[File:Arc welding electrodes and electrode holder.triddle.jpg|thumb|विभिन्न परिरक्षित धातु आर्क वेल्डिंग इलेक्ट्रोड और एक इलेक्ट्रोड धारक। ऊपर से * E7018 के साथ एक इलेक्ट्रोड धारक * E6010 * E7018 * E316-16 * E308L-16]]
[[File:Arc welding electrodes and electrode holder.triddle.jpg|thumb|विभिन्न परिरक्षित धातु आर्क वेल्डिंग इलेक्ट्रोड और एक इलेक्ट्रोड धारक। ऊपर से * E7018 के साथ एक इलेक्ट्रोड धारक * E6010 * E7018 * E316-16 * E308L-16]]
इलेक्ट्रोड, एक विद्युत चालक होता है जिसका उपयोग परिपथ के अधात्विक भाग (जैसे अर्धचालक, इलेक्ट्रोलाइट, वैक्यूम या वायु) के साथ संपर्क बनाने के लिए किया जाता है। इलेक्ट्रोड बैटरी के आवश्यक भाग होते हैं, जिनमें, बैटरी के प्रकार के आधार पर, विभिन्न प्रकार के पदार्थ हो सकते है।
'''इलेक्ट्रोड''', एक विद्युत चालक होता है जिसका उपयोग परिपथ के अधात्विक भाग (जैसे अर्धचालक, इलेक्ट्रोलाइट, वैक्यूम या वायु) के साथ संपर्क बनाने के लिए किया जाता है। इलेक्ट्रोड बैटरी के आवश्यक भाग होते हैं, जिनमें, बैटरी के प्रकार के आधार पर, विभिन्न प्रकार के पदार्थ हो सकते है।


इलेक्ट्रोफोर, स्थैतिक विद्युत का अध्ययन करने के लिए उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रोड का प्रारंभिक संस्करण था।[1]
इलेक्ट्रोफोर, स्थैतिक विद्युत का अध्ययन करने के लिए उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रोड का प्रारंभिक संस्करण था।[1]
Line 38: Line 38:
D + A → D<sup>+</sup> + A−
D + A → D<sup>+</sup> + A−


निकाय की स्थितिज ऊर्जा प्रतिक्रियाशील प्रजातियों और आसपास के माध्यम के अणुओं के स्थानांतरीय (ट्रांसलेशनल), घूर्णनात्मक (रोटेशनल) और कंपनिक (वाईब्रेशनल) निर्देशांक का एक फलन है, जिसे सामूहिक रूप से अभिक्रिया निर्देशांक कहा जाता है। '''भुज दायीं''' ओर की आकृति इनका प्रतिनिधित्व करती है। शास्त्रीय इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण सिद्धांत से, [[:hi:प्रतिक्रिया दर स्थिर|प्रतिक्रिया दर स्थिरांक]] (प्रतिक्रिया की संभावना) की अभिव्यक्ति की गणना की जा सकती है, यदि एक गैर-एडियाबेटिक प्रक्रिया और परवलयिक संभावित ऊर्जा को प्रतिच्छेदन बिंदु (क्यू <sub>एक्स</sub> ) का पता लगाकर माना जाता है। एक महत्वपूर्ण बात ध्यान देने योग्य है, और मार्कस द्वारा नोट किया गया था जब वह सिद्धांत के साथ आया था, इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण को ऊर्जा के संरक्षण के कानून और फ्रैंक-कोंडन सिद्धांत का पालन करना चाहिए। ऐसा करने और फिर इसे पुनर्व्यवस्थित करने से मुक्त ऊर्जा सक्रियण की अभिव्यक्ति होती है ( <math>\Delta G^{\dagger}</math> ) प्रतिक्रिया की समग्र मुक्त ऊर्जा के संदर्भ में ( <math>\Delta G^{0}</math> )
निकाय की स्थितिज ऊर्जा प्रतिक्रियाशील प्रजातियों और आसपास के माध्यम के अणुओं के स्थानांतरीय (ट्रांसलेशनल), घूर्णनात्मक (रोटेशनल) और कंपनिक (वाईब्रेशनल) निर्देशांक का एक फलन है, जिसे सामूहिक रूप से अभिक्रिया निर्देशांक कहा जाता है। भुज दायीं ओर की आकृति इनको दर्शाती है। उत्कृष्ट इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण सिद्धांत से, अभिक्रिया दर स्थिरांक (अभिक्रिया की संभावना) की अभिव्यक्ति की गणना की जा सकती है, यदि अरूद्धोष्म प्रक्रिया और परवलयिक स्थितिज ऊर्जा को प्रतिच्छेदन बिंदु (Q<sub>x</sub>) प्राप्त करके माना जाता है। ध्यान देने, मार्कस जब सिद्धांत के साथ आए, तो इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण को ऊर्जा के संरक्षण के नियम और फ्रैंक-कोंडन सिद्धांत का पालन करना चाहिए। ऐसा करने और फिर इसे पुनर्व्यवस्थित करने से अभिक्रिया की समग्र मुक्त ऊर्जा के संदर्भ में (<math>\Delta G^{0}</math>), मुक्त ऊर्जा (<math>\Delta G^{\dagger}</math>) सक्रियण का अनुसरण होता है।


यह शास्त्रीय रूप से व्युत्पन्न परिणाम शर्तों के तहत अधिकतम इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण दर के गुणात्मक रूप से पुनरुत्पादित अवलोकन हैं <math>\Delta G^{\dagger} = \lambda</math> . <ref>{{Cite web|last=|first=|date=12 December 2020|title=Marcus Theory for Electron Transfer.|url=https://chem.libretexts.org/@go/page/107311|access-date=24 January 2021}}</ref> अधिक व्यापक गणितीय उपचार के लिए न्यूटन का पेपर पढ़ सकते हैं। <ref>{{Cite journal|doi=10.1021/cr00005a007|title=Quantum chemical probes of electron-transfer kinetics: The nature of donor-acceptor interactions|year=1991|last=Newton|first=Marshall D.|journal=Chemical Reviews|volume=91|issue=5|pages=767–792}}</ref> इस परिणाम की व्याख्या और भौतिक अर्थ पर क्या करीब से नज़र डालते हैं <math>\lambda</math> कोई मार्कस द्वारा पेपर पढ़ सकता है। <ref>{{Cite journal|doi=10.1103/RevModPhys.65.599|title=Electron transfer reactions in chemistry. Theory and experiment|year=1993|last=Marcus|first=Rudolph A.|journal=Reviews of Modern Physics|volume=65|issue=3|pages=599–610|bibcode=1993RvMP...65..599M|url=https://resolver.caltech.edu/CaltechAUTHORS:20150414-104906889}}</ref>
<math>{\displaystyle \Delta G^{\dagger }={\frac {1}{4\lambda }}(\Delta G^{0}+\lambda )^{2}}</math>


विस्थापित हार्मोनिक थरथरानवाला मॉडल का उपयोग करके हाथ की स्थिति को अधिक सटीक रूप से वर्णित किया जा सकता है, इस मॉडल में [[:hi:क्वांटम टनलिंग|क्वांटम टनलिंग]] की अनुमति है। यह समझाने के लिए आवश्यक है कि क्यों लगभग शून्य केल्विन में भी अभी भी इलेक्ट्रॉन स्थानान्तरण होते हैं, <ref>DeVault, D. (1984) Quantum Mechanical Tunneling in Biological Systems; Cambridge University Press: Cambridge.</ref> शास्त्रीय सिद्धांत के विपरीत।
जिसमें <math>{\displaystyle \lambda }</math> पुनर्गठन ऊर्जा है। इस परिणाम को उत्कृष्ट रूप से व्युत्पन्न अरहेनियस समीकरण में दिखाया गया है।


व्युत्पत्ति कैसे की जाती है, इस पर बहुत अधिक विस्तार में जाने के बिना, यह सिस्टम के पूर्ण [[:hi:हैमिल्टनी यांत्रिकी|हैमिल्टन]] के साथ समय-निर्भर [[:hi:क्षोभ सिद्धान्त|गड़बड़ी सिद्धांत]] से [[:hi:फर्मी का सुनहरा नियम|फर्मी के सुनहरे नियम का]] उपयोग करने पर टिकी हुई है। दोनों अभिकारकों और उत्पादों (रासायनिक प्रतिक्रिया के दाएं और बाएं तरफ) के तरंग कार्यों में ओवरलैप को देखना संभव है और इसलिए जब उनकी ऊर्जा समान होती है और इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण की अनुमति देती है। जैसा कि पहले छुआ गया था, ऐसा होना ही चाहिए क्योंकि तभी ऊर्जा संरक्षण का पालन होता है। कुछ गणितीय चरणों को छोड़कर इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण की संभावना की गणना निम्न सूत्र का उपयोग करके (यद्यपि काफी कठिन) की जा सकती है:
<math>{\displaystyle k=A\,\exp \left({\frac {-\Delta G^{\dagger }}{kT}}\right),}</math>


साथ <math> J </math> दो राज्यों (अभिकारकों और उत्पादों) के बीच बातचीत का वर्णन करने वाला इलेक्ट्रॉनिक युग्मन स्थिरांक होने के नाते और <math> g(t) </math> [[:hi:वर्णक्रमीय रेखा आकार|लाइन शेप फंक्शन]] होने के नाते। इस अभिव्यक्ति की शास्त्रीय सीमा लेते हुए, अर्थ <math> \hbar \omega \ll k T </math>, और कुछ प्रतिस्थापन करने से एक व्यंजक शास्त्रीय रूप से व्युत्पन्न सूत्र के समान ही प्राप्त होता है, जैसा कि अपेक्षित था।
से निम्न समीकरण प्राप्त होता है।


मुख्य अंतर अब पूर्व-घातांक कारक है जिसे अब प्रायोगिक कारक के बजाय अधिक भौतिक मापदंडों द्वारा वर्णित किया गया है <math> A </math> . अधिक गहन और कठोर गणितीय व्युत्पत्ति और व्याख्या के लिए नीचे सूचीबद्ध स्रोतों के लिए एक बार फिर से सम्मानित किया जाता है।
<math>{\displaystyle k=A\,\exp \left[{\frac {-(\Delta G^{0}+\lambda )^{2}}{4\lambda kT}}\right]}</math>
 
A के साथ, सामान्यतः प्रयोगात्मक रूप से प्राप्त पूर्व-घातांकी कारक है, हालांकि अर्ध उत्कृष्ट व्युत्पत्ति अधिक जानकारी प्रदान करती है जैसा कि नीचे बताया जाएगा।
 
यह उत्कृष्ट रूप से व्युत्पन्न परिणाम शर्तों <math>\Delta G^{\dagger} = \lambda</math> के तहत अधिकतम इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण दर के गुणात्मक रूप से पुनरुत्पादित अवलोकन हैं।<ref>{{Cite web|last=|first=|date=12 December 2020|title=Marcus Theory for Electron Transfer.|url=https://chem.libretexts.org/@go/page/107311|access-date=24 January 2021}}</ref> अधिक व्यापक गणितीय उपचार के लिए न्यूटन का पेपर पढ़ सकते हैं।<ref>{{Cite journal|doi=10.1021/cr00005a007|title=Quantum chemical probes of electron-transfer kinetics: The nature of donor-acceptor interactions|year=1991|last=Newton|first=Marshall D.|journal=Chemical Reviews|volume=91|issue=5|pages=767–792}}</ref> इस परिणाम की व्याख्या  और <math>{\displaystyle \lambda }</math> के भौतिक अर्थ पर करीब से नज़र डालने के लिए मार्कस का पेपर पढ़ा जा सकता है।<ref>{{Cite journal|doi=10.1103/RevModPhys.65.599|title=Electron transfer reactions in chemistry. Theory and experiment|year=1993|last=Marcus|first=Rudolph A.|journal=Reviews of Modern Physics|volume=65|issue=3|pages=599–610|bibcode=1993RvMP...65..599M|url=https://resolver.caltech.edu/CaltechAUTHORS:20150414-104906889}}</ref>
 
विस्थापित सरल आवर्ती दोलक मॉडल का उपयोग करके हाथ की स्थिति को अधिक सटीक रूप से वर्णित किया जा सकता है, इस मॉडल में क्वांटम टनलिंग की जाती है। यह स्पष्ट करने के लिए आवश्यक है कि क्यों लगभग शून्य केल्विन में भी शास्त्रीय सिद्धांत के विपरीत अभी भी इलेक्ट्रॉन स्थानान्तरण होते हैं।<ref>DeVault, D. (1984) Quantum Mechanical Tunneling in Biological Systems; Cambridge University Press: Cambridge.</ref>
 
व्युत्पत्ति कैसे की जाती है, इस पर बहुत अधिक विस्तार में जाने के बिना, यह सिस्टम के पूर्ण हैमिल्टन के साथ समय-निर्भर गड़बड़ी सिद्धांत से फर्मी के सुनहरे नियम का उपयोग करने पर टिकी हुई है। दोनों अभिकारकों और उत्पादों (रासायनिक प्रतिक्रिया के दाएं और बाएं तरफ) के तरंग कार्यों में ओवरलैप को देखना संभव है और इसलिए जब उनकी ऊर्जा समान होती है और इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण की अनुमति देती है। जैसा कि पहले छुआ गया था, ऐसा होना ही चाहिए क्योंकि तभी ऊर्जा संरक्षण का पालन होता है। कुछ गणितीय चरणों को छोड़कर इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण की संभावना की गणना निम्न सूत्र का उपयोग करके (यद्यपि काफी कठिन) की जा सकती है।
 
<math>{\displaystyle w_{ET}={\frac {|J|^{2}}{\hbar ^{2}}}\int _{-\infty }^{+\infty }dt\,e^{-i\Delta Et/\hbar -g(t)}}</math>
 
<math> J </math> दो अवस्थाओं (अभिकारकों और उत्पादों) और g(t) के बीच परस्पर क्रिया का वर्णन करने वाला इलेक्ट्रॉनिक युग्मन स्थिरांक होने के साथ लाइन आकार का कार्य है। इस अभिव्यक्ति की शास्त्रीय सीमा लेना, जिसका अर्थ है <math> \hbar \omega \ll k T </math> और कुछ प्रतिस्थापन करना अभिव्यक्ति को शास्त्रीय रूप से व्युत्पन्न सूत्र के समान ही प्राप्त किया जाता है, जैसा कि अपेक्षित था।
 
<math>{\displaystyle w_{ET}={\frac {|J|^{2}}{\hbar }}{\sqrt {\frac {\pi }{\lambda kT}}}\exp \left[{\frac {-(\Delta E+\lambda )^{2}}{4\lambda kT}}\right]}</math>
 
मुख्य अंतर अब पूर्व-घातांक कारक है जिसे अब प्रायोगिक कारक <math> A </math> के बजाय अधिक भौतिक मापदंडों द्वारा वर्णित किया गया है। अधिक गहन और कठोर गणितीय व्युत्पत्ति और व्याख्या के लिए नीचे सूचीबद्ध स्रोतों के लिए एक बार फिर से सम्मानित किया जाता है।


=== क्षमता ===
=== क्षमता ===
इलेक्ट्रोड के भौतिक गुण मुख्य रूप से इलेक्ट्रोड की सामग्री और इलेक्ट्रोड की टोपोलॉजी द्वारा निर्धारित किए जाते हैं। आवश्यक गुण अनुप्रयोग पर निर्भर करते हैं और इसलिए प्रचलन में कई प्रकार के इलेक्ट्रोड हैं। इलेक्ट्रोड के रूप में उपयोग की जाने वाली सामग्री के लिए परिभाषित संपत्ति यह है कि यह [[:hi:विद्युत चालक|प्रवाहकीय]] हो। इसलिए [[:hi:धातु|धातु]], [[:hi:अर्धचालक पदार्थ|अर्धचालक]], [[:hi:ग्रेफाइट|ग्रेफाइट]] या प्रवाहकीय [[:hi:पॉलीमर|पॉलिमर]] जैसी किसी भी संवाहक सामग्री का उपयोग इलेक्ट्रोड के रूप में किया जा सकता है। अक्सर इलेक्ट्रोड में सामग्रियों का संयोजन होता है, प्रत्येक में एक विशिष्ट कार्य होता है। विशिष्ट घटक सक्रिय सामग्री हैं जो कणों के रूप में काम करते हैं जो ऑक्सीडेट या रिडक्ट करते हैं, [[:hi:प्रवाहकीय एजेंट|प्रवाहकीय एजेंट]] जो इलेक्ट्रोड की चालकता में सुधार करते हैं और बाइंडर्स जो इलेक्ट्रोड के भीतर सक्रिय कणों को शामिल करने के लिए उपयोग किए जाते हैं। इलेक्ट्रोकेमिकल कोशिकाओं की दक्षता को कई गुणों से आंका जाता है, महत्वपूर्ण मात्रा [[:hi:स्व निर्वहन|स्व-निर्वहन]] समय, [[:hi:निर्वहन वोल्टेज|निर्वहन वोल्टेज]] और [[:hi:साइकिल प्रदर्शन|चक्र प्रदर्शन हैं]] । इलेक्ट्रोड के भौतिक गुण इन मात्राओं को निर्धारित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। इलेक्ट्रोड के महत्वपूर्ण गुण हैं: [[:hi:विद्युत प्रतिरोधकता और चालकता|विद्युत प्रतिरोधकता]], [[:hi:विशिष्ट ऊष्मा धारिता|विशिष्ट ताप क्षमता]] (c_p), [[:hi:Electrode polential|इलेक्ट्रोड क्षमता]] और [[:hi:कठोरता|कठोरता]] । बेशक, तकनीकी अनुप्रयोगों के लिए, सामग्री की लागत भी एक महत्वपूर्ण कारक है। <ref>{{Cite web|last=((Engineering360))|title=Electrodes and Electrode Materials Selection Guide: Types, Features, Applications|url=https://www.globalspec.com/learnmore/materials_chemicals_adhesives/electrical_optical_specialty_materials/electrical_contact_electrode_materials/electrical_contact_electrode_materials#:~:text=Some%20of%20the%20most%20prominent,but%20offers%20inferior%20oxidation%20resistance|website=www.globalspec.com}}</ref> कुछ सामान्य रूप से उपयोग की जाने वाली सामग्रियों के लिए कमरे के तापमान (T = 293 K) पर इन गुणों के मान नीचे दी गई तालिका में सूचीबद्ध हैं।
इलेक्ट्रोड के भौतिक गुण मुख्य रूप से इलेक्ट्रोड की सामग्री और इलेक्ट्रोड की सांस्थिति (टोपोलॉजी) द्वारा निर्धारित किए जाते हैं। आवश्यक गुण अनुप्रयोग पर निर्भर करते हैं और इसलिए प्रचलन में कई प्रकार के इलेक्ट्रोड हैं। इलेक्ट्रोड के रूप में उपयोग की जाने वाली सामग्री चालकीय हो। इसलिए धातु, अर्धचालक, ग्रेफाइट या चालकीय बहुलक जैसी किसी भी संवाहक सामग्री का उपयोग इलेक्ट्रोड के रूप में किया जा सकता है। प्रायः इलेक्ट्रोड में सामग्रियों का संयोजन होता है, प्रत्येक में एक विशिष्ट कार्य होता है। विशिष्ट घटक सक्रिय सामग्री हैं जो कणों के रूप में कार्य करते हैं जो ऑक्सीकृत या अपचयित करते हैं, चालकीय कारक जो इलेक्ट्रोड की चालकता में सुधार करते हैं और बाइंडर्स जो इलेक्ट्रोड के भीतर सक्रिय कणों को एकत्रित करने के लिए उपयोग किए जाते हैं। विद्युत रासायनिक सेल की दक्षता को कई गुणों से परखा जाता है, स्व-स्त्राव समय, स्त्रवित वोल्टेज और चक्र कार्यकरण महत्वपूर्ण मात्रा हैं। इलेक्ट्रोड के भौतिक गुण इन मात्राओं को निर्धारित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। इलेक्ट्रोड के महत्वपूर्ण गुण, विद्युत प्रतिरोधकता, विशिष्ट उष्माधारिता (c_p), इलेक्ट्रोड क्षमता और कठोरता हैं। निस्सन्देह, तकनीकी अनुप्रयोगों के लिए, सामग्री की लागत भी एक महत्वपूर्ण कारक है।<ref>{{Cite web|last=((Engineering360))|title=Electrodes and Electrode Materials Selection Guide: Types, Features, Applications|url=https://www.globalspec.com/learnmore/materials_chemicals_adhesives/electrical_optical_specialty_materials/electrical_contact_electrode_materials/electrical_contact_electrode_materials#:~:text=Some%20of%20the%20most%20prominent,but%20offers%20inferior%20oxidation%20resistance|website=www.globalspec.com}}</ref> कुछ सामान्य रूप से उपयोग की जाने वाली सामग्रियों के लिए कमरे के तापमान (T = 293 K) पर इन गुणों के मान नीचे दी गई तालिका में सूचीबद्ध हैं।
{| class="wikitable"
|+ Common electrode properties<ref>{{cite web |title=Online Materials Information Resource |url=http://www.matweb.com/ |website=www.matweb.com}}</ref>
|-
! Properties !! [[Lithium]] (Li) !! [[Manganese]] (Mn) !! [[Copper]] (Cu) !! [[Zinc]] (Zn) !! [[Graphite]]
|-
| Resistivity (Ωm) || 8.40e-8 || 1.44e-6 || 1.70e-8 || 5.92e-8 || 6.00e-6
|-
| Electrode Potential (V) || -3.02 || -1.05 || -0.340 || -0.760 || -
|-
| Hardness (HV) || <5 || 500 || 50 || 30 || 7-11
|-
| Specific heat capacity (J/(gK)) || 2.997 || 0.448 || 0.385 || 0.3898 || 0.707
|}
 
 
 
 
 
 




'''A table will be added here'''


=== भूतल प्रभाव ===
=== भूतल प्रभाव ===
इलेक्ट्रोड की सतह टोपोलॉजी इलेक्ट्रोड की दक्षता निर्धारित करने में एक महत्वपूर्ण कारक निभाती है। [[:hi:संपर्क प्रतिरोध|संपर्क प्रतिरोध]] के कारण इलेक्ट्रोड की दक्षता कम हो सकती है। एक कुशल इलेक्ट्रोड बनाने के लिए इसे इस तरह डिजाइन करना महत्वपूर्ण है कि यह संपर्क प्रतिरोध को कम करता है।
इलेक्ट्रोड की सतह सांस्थिति (टोपोलॉजी) इलेक्ट्रोड की दक्षता निर्धारित करने में एक महत्वपूर्ण कारक है। संपर्क प्रतिरोध के कारण इलेक्ट्रोड की दक्षता कम हो सकती है।दक्षा इलेक्ट्रोड बनाने के लिए इसे इस तरह बनाना महत्वपूर्ण है कि यह संपर्क प्रतिरोध को कम करता हो।


=== उत्पादन ===
=== उत्पादन ===
ली-आयन बैटरियों के लिए इलेक्ट्रोड का उत्पादन विभिन्न चरणों में निम्नानुसार किया जाता है: <ref name="production">{{Cite journal|first=W. Blake|last=Hawley|first2=Jianlin|last2=Li|title=Electrode manufacturing for lithium-ion batteries—Analysis of current and next generation processing|journal=Journal of Energy Storage|volume=25|year=2019|page=100862|doi=10.1016/j.est.2019.100862|osti=1546514}}</ref>
एलआई-आयन बैटरियों के लिए इलेक्ट्रोड का उत्पादन विभिन्न चरणों में निम्नानुसार किया जाता है।<ref name="production">{{Cite journal|first=W. Blake|last=Hawley|first2=Jianlin|last2=Li|title=Electrode manufacturing for lithium-ion batteries—Analysis of current and next generation processing|journal=Journal of Energy Storage|volume=25|year=2019|page=100862|doi=10.1016/j.est.2019.100862|osti=1546514}}</ref>


# इलेक्ट्रोड के विभिन्न घटकों को एक विलायक में मिलाया जाता है। इस मिश्रण को इस तरह से डिजाइन किया गया है कि यह इलेक्ट्रोड के प्रदर्शन में सुधार करता है। इस मिश्रण के सामान्य घटक ह
# इलेक्ट्रोड के विभिन्न घटकों को विलायक में मिलाया जाता है। इस मिश्रण को इस तरह से बनाया गया है कि यह इलेक्ट्रोड के कार्यकरण में सुधार करता है। इस मिश्रण के सामान्य घटक हैं।


* सक्रिय इलेक्ट्रोड कण।
* सक्रिय इलेक्ट्रोड कण।
* एक बाइंडर जिसमें सक्रिय इलेक्ट्रोड कण होते थे।
* बाइंडर जिसमें सक्रिय इलेक्ट्रोड कण होते है।
* इलेक्ट्रोड की चालकता में सुधार करने के लिए प्रयुक्त एक प्रवाहकीय एजेंट।
* इलेक्ट्रोड की चालकता में सुधार करने के लिए उपयोग किया जाने वाला एक चालकीय कारक।


: बनाए गए मिश्रण को 'इलेक्ट्रोड स्लरी' के रूप में जाना जाता है।
: बनाए गए मिश्रण को 'इलेक्ट्रोड घोल' के रूप में जाना जाता है।


# ऊपर इलेक्ट्रोड स्लरी एक कंडक्टर पर लेपित होता है जो इलेक्ट्रोकेमिकल सेल में वर्तमान कलेक्टर के रूप में कार्य करता है। विशिष्ट वर्तमान संग्राहक कैथोड के लिए तांबा और एनोड के लिए एल्यूमीनियम हैं।
# उपर्युक्त इलेक्ट्रोड घोल एक चालक पर लेपित होता है जो विद्युत् रसायनिक सेल में वर्तमान संग्राहक के रूप में कार्य करता है। कैथोड के लिए तांबा और एनोड के लिए एल्यूमीनियम विशिष्ट संग्राहक हैं।
# कंडक्टर पर घोल लगाने के बाद इसे सुखाया जाता है और फिर आवश्यक मोटाई तक दबाया जाता है।
# चालक पर घोल लगाने के बाद इसे सुखाया जाता है और फिर आवश्यक मोटाई तक दबाया जाता है।


=== इलेक्ट्रोड की संरचना ===
=== इलेक्ट्रोड की संरचना ===
इलेक्ट्रोड के घटकों के दिए गए चयन के लिए, अंतिम दक्षता इलेक्ट्रोड की आंतरिक संरचना द्वारा निर्धारित की जाती है। इलेक्ट्रोड के प्रदर्शन को निर्धारित करने में आंतरिक संरचना में महत्वपूर्ण कारक हैं: <ref name="slurrystructure">{{Cite journal|first=Kumari|last6=Juvekar|doi=10.1016/j.jpowsour.2020.228837|pages=228837|volume=480|year=2020|journal=Journal of Power Sources|title=Comprehensive effort on electrode slurry preparation for better electrochemical performance of LiFePO<sub>4</sub> battery|last7=Gopalan|first7=Raghavan|first6=Vinay A.|last=Konda|last5=Seth|first5=Jyoti R.|last4=Battabyal|first4=Manjusha|last3=Kumar|first3=P. Logesh|last2=Moodakare|first2=Sahana B.|bibcode=2020JPS...48028837K}}</ref>
इलेक्ट्रोड के घटकों के दिए गए चयन के लिए, अंतिम दक्षता इलेक्ट्रोड की आंतरिक संरचना द्वारा निर्धारित की जाती है। इलेक्ट्रोड के कार्यकरण को निर्धारित करने में आंतरिक संरचना में महत्वपूर्ण कारक हैं।<ref name="slurrystructure">{{Cite journal|first=Kumari|last6=Juvekar|doi=10.1016/j.jpowsour.2020.228837|pages=228837|volume=480|year=2020|journal=Journal of Power Sources|title=Comprehensive effort on electrode slurry preparation for better electrochemical performance of LiFePO<sub>4</sub> battery|last7=Gopalan|first7=Raghavan|first6=Vinay A.|last=Konda|last5=Seth|first5=Jyoti R.|last4=Battabyal|first4=Manjusha|last3=Kumar|first3=P. Logesh|last2=Moodakare|first2=Sahana B.|bibcode=2020JPS...48028837K}}</ref>


* सक्रिय सामग्री और प्रवाहकीय एजेंट का क्लस्टरिंग। घोल के सभी घटकों को अपना कार्य करने के लिए, उन सभी को इलेक्ट्रोड के भीतर समान रूप से फैलाया जाना चाहिए।
* सक्रिय सामग्री और चालकीय कारक का गुच्छन (क्लस्टरिंग) होता है। घोल के सभी घटकों को अपना कार्य करने के लिए, उन सभी को इलेक्ट्रोड के भीतर समान रूप से फैलाया जाना चाहिए।
* सक्रिय सामग्री पर प्रवाहकीय एजेंट का समान वितरण। यह सुनिश्चित करता है कि इलेक्ट्रोड की चालकता इष्टतम है।
* सक्रिय सामग्री पर चालकीय कारक का समान वितरण होता है। यह सुनिश्चित करता है कि इलेक्ट्रोड की चालकता इष्टतम है।
* वर्तमान संग्राहकों को इलेक्ट्रोड का पालन। पालन सुनिश्चित करता है कि इलेक्ट्रोड इलेक्ट्रोलाइट में भंग नहीं करता है।
* वर्तमान संग्राहकों को इलेक्ट्रोड का संवरक कहते है। संवरक सुनिश्चित करता है कि इलेक्ट्रोड इलेक्ट्रोलाइट में नहीं घुलता।
* सक्रिय सामग्री का घनत्व। सक्रिय सामग्री की मात्रा, प्रवाहकीय एजेंट और बांधने की मशीन के बीच एक संतुलन पाया जाना चाहिए। चूंकि इलेक्ट्रोड में सक्रिय सामग्री महत्वपूर्ण कारक है, इसलिए घोल को इस तरह से डिजाइन किया जाना चाहिए कि सक्रिय सामग्री का घनत्व जितना संभव हो उतना अधिक हो, बिना प्रवाहकीय एजेंट और बाइंडर ठीक से काम नहीं कर रहा हो। इलेक्ट्रोड के उत्पादन में इन गुणों को कई तरीकों से प्रभावित किया जा सकता है। इलेक्ट्रोड के निर्माण में सबसे महत्वपूर्ण कदम इलेक्ट्रोड घोल बनाना है। जैसा कि ऊपर देखा जा सकता है, इलेक्ट्रोड के सभी महत्वपूर्ण गुणों को इलेक्ट्रोड के घटकों के समान वितरण के साथ करना पड़ता है। इसलिए, यह बहुत महत्वपूर्ण है कि इलेक्ट्रोड घोल यथासंभव सजातीय हो। इस मिश्रण चरण को बेहतर बनाने के लिए कई प्रक्रियाएं विकसित की गई हैं और वर्तमान शोध अभी भी किया जा रहा है। <ref name="slurrystructure2">{{Cite journal|first=Kumari|last6=Juvekar|doi=10.1016/j.jpowsour.2020.228837|pages=228837|volume=480|year=2020|journal=Journal of Power Sources|title=Comprehensive effort on electrode slurry preparation for better electrochemical performance of LiFePO<sub>4</sub> battery|last7=Gopalan|first7=Raghavan|first6=Vinay A.|last=Konda|last5=Seth|first5=Jyoti R.|last4=Battabyal|first4=Manjusha|last3=Kumar|first3=P. Logesh|last2=Moodakare|first2=Sahana B.|bibcode=2020JPS...48028837K}}</ref>
* सक्रिय सामग्री का घनत्व। सक्रिय सामग्री की मात्रा, चालकीय कारक और बांधने की मशीन (बाइंडर) के बीच एक संतुलन होता है। चूंकि इलेक्ट्रोड में सक्रिय सामग्री महत्वपूर्ण कारक है, इसलिए घोल की इस तरह से रचना की जाती है की सक्रिय सामग्री का घनत्व जितना संभव हो उतना अधिक हो, बिना चालकीय कारक के और बाइंडर ठीक से काम नहीं कर रहा हो। इलेक्ट्रोड के उत्पादन में इन गुणों को कई तरीकों से प्रभावित किया जा सकता है। इलेक्ट्रोड के निर्माण में सबसे महत्वपूर्ण चरण इलेक्ट्रोड घोल बनाना है। जैसा कि ऊपर देखा जा सकता है, इलेक्ट्रोड के सभी महत्वपूर्ण गुणों को इलेक्ट्रोड के घटकों के समान वितरण के साथ करना पड़ता है। इसलिए, यह बहुत महत्वपूर्ण है कि इलेक्ट्रोड घोल जितना संभव हो उतना समांगी हो। इस मिश्रण चरण को बेहतर बनाने के लिए कई प्रक्रियाएं विकसित की गई हैं और वर्तमान शोध अभी भी किया जा रहा है।<ref name="slurrystructure2">{{Cite journal|first=Kumari|last6=Juvekar|doi=10.1016/j.jpowsour.2020.228837|pages=228837|volume=480|year=2020|journal=Journal of Power Sources|title=Comprehensive effort on electrode slurry preparation for better electrochemical performance of LiFePO<sub>4</sub> battery|last7=Gopalan|first7=Raghavan|first6=Vinay A.|last=Konda|last5=Seth|first5=Jyoti R.|last4=Battabyal|first4=Manjusha|last3=Kumar|first3=P. Logesh|last2=Moodakare|first2=Sahana B.|bibcode=2020JPS...48028837K}}</ref>


== लिथियम आयन बैटरी में इलेक्ट्रोड ==
== लिथियम आयन बैटरी में इलेक्ट्रोड ==
इलेक्ट्रोड का एक आधुनिक अनुप्रयोग लिथियम-आयन बैटरी (ली-आयन बैटरी) में है। ली-आयन बैटरी, एक तरह की फ्लो बैटरी है, जिसे दाईं ओर की छवि में देखा जा सकता है।
इलेक्ट्रोड का आधुनिक अनुप्रयोग लिथियम-आयन बैटरी (एलआई-आयन बैटरी) में है। एलआई-आयन बैटरी एक तरह की प्रवाह (फ्लो) बैटरी है जिसे दाईं ओर की छवि में देखा जा सकता है।[[File:Redox Flow Battery.jpg|thumb|एक विशिष्ट प्रवाह बैटरी में तरल पदार्थ के दो टैंक होते हैं जिन्हें दो इलेक्ट्रोडों के बीच एक झिल्ली के माध्यम से पंप किया जाता है। [16]]]इसके अतिरिक्त, एलआई-आयन बैटरी माध्यमिक सेल का एक उदाहरण है क्योंकि यह पुनः आवेशित की जा सकती है। यह दोनों गैल्वेनिक या विद्युत-अपघटनी सेल के रूप में कार्य कर सकती है। एलआई-आयन बैटरी विद्युत् अपघट्य में विलेय के रूप में लिथियम आयनों का उपयोग करती हैं जो कार्बनिक विलायक में घुल जाते हैं। लिथियम इलेक्ट्रोड का अध्ययन सबसे पहले 1913 में जी.एन. लुईस और एफ.जी. कीज़ ने किया था। अगली शताब्दी में इन इलेक्ट्रोडों का उपयोग पहली एलआई-आयन बैटरी बनाने और उनका अध्ययन करने के लिए किया गया। एलआई-आयन बैटरी अपने अच्छे कार्यकरण के कारण बहुत लोकप्रिय हैं। अनुप्रयोगों में मोबाइल फोन और वैद्युतई (इलेक्ट्रिक) कार शामिल हैं। एनोड और कैथोड एलआई-आयन बैटरी के अभिन्न अंग हैं तथा इसकी लोकप्रियता के कारण, इसलिए विशेष रूप से इन इलेक्ट्रोड की दक्षता, सुरक्षा बढ़ाने और लागत को कम करने के लिए बहुत अधिक शोध किए गए है।
 
रेडॉक्स फ्लो बैटरी[[File:Redox Flow Battery.jpg|thumb|एक विशिष्ट प्रवाह बैटरी में तरल पदार्थ के दो टैंक होते हैं जिन्हें दो इलेक्ट्रोडों के बीच एक झिल्ली के माध्यम से पंप किया जाता है। [16]]]एक विशिष्ट प्रवाह बैटरी में तरल पदार्थ के दो टैंक होते हैं जिन्हें दो इलेक्ट्रोडों के बीच एक झिल्ली के माध्यम से पंप किया जाता है। [16]
 
इसके अलावा, ली-आयन बैटरी एक सेकेंडरी सेल का एक उदाहरण है क्योंकि यह रिचार्जेबल है। यह दोनों गैल्वेनिक या इलेक्ट्रोलाइटिक सेल के रूप में कार्य कर सकता है।ली-आयन बैटरी अपने शानदार प्रदर्शन के कारण बहुत लोकप्रिय हैं। अनुप्रयोगों में मोबाइल फोन और इलेक्ट्रिक कार शामिल हैं। उनकी लोकप्रियता के कारण, लागत कम करने और ली-आयन बैटरी की सुरक्षा बढ़ाने के लिए बहुत सारे शोध किए जा रहे हैं। ली-आयन बैटरियों का एक अभिन्न अंग उनके एनोड और कैथोड हैं, इसलिए विशेष रूप से इन इलेक्ट्रोड की दक्षता, सुरक्षा और लागत को कम करने के लिए बहुत अधिक शोध किया जा रहा है।


=== लिथियम  कैथोड ===
=== लिथियम  कैथोड ===
एलआई-आयन बैटरी में कैथोड में एक अंतर्विष्ट (इंटरकलेटेड) लिथियम यौगिक होता है (लिथियम और अन्य तत्वों से बने अणुओं की परतों से युक्त एक स्तरित सामग्री)। एक सामान्य तत्व जो यौगिक में अणुओं का हिस्सा बनता है वह कोबाल्ट है। एक और अक्सर इस्तेमाल किया जाने वाला तत्व मैंगनीज है। यौगिक का सबसे अच्छा विकल्प आमतौर पर बैटरी के उपयोग पर निर्भर करता है। मैंगनीज-आधारित यौगिकों पर कोबाल्ट-आधारित यौगिकों के लाभ उनकी उच्च विशिष्ट ताप क्षमता, उच्च वॉल्यूमेट्रिक ताप क्षमता, कम स्व-निर्वहन दर, उच्च निर्वहन वोल्टेज और उच्च चक्र स्थायित्व हैं। हालांकि, कोबाल्ट-आधारित यौगिकों जैसे कि उनकी उच्च लागत और उनकी कम थर्मोस्टेबिलिटी का उपयोग करने में भी कमियां हैं। मैंगनीज के समान फायदे और कम लागत है, हालांकि मैंगनीज के उपयोग से जुड़ी कुछ समस्याएं हैं। मुख्य समस्या यह है कि मैंगनीज समय के साथ इलेक्ट्रोलाइट में घुल जाता है। इस कारण से कोबाल्ट अभी भी सबसे आम तत्व है जिसका उपयोग लिथियम यौगिकों में किया जाता है। नई सामग्री खोजने के लिए बहुत शोध किया जा रहा है जिसका उपयोग सस्ती और लंबे समय तक चलने वाली ली-आयन बैटरी बनाने के लिए किया जा सकता है [18]
एलआई-आयन बैटरी में कैथोड में एक अंतर्विष्ट (इंटरकलेटेड) लिथियम यौगिक होता है (लिथियम और अन्य तत्वों से बने अणुओं की परतों से युक्त एक स्तरित सामग्री)। कोबाल्ट तत्व यौगिक में अणुओं का भाग बनाता है। एक अन्य प्रायः उपयुक्त किया जाने वाला तत्व मैंगनीज है। उचित यौगिक का विकल्प सामान्यतः बैटरी के उपयोग पर निर्भर करता है। मैंगनीज-आधारित यौगिकों की तुलना में कोबाल्ट-आधारित यौगिकों के लाभ उनकी उच्च विशिष्ट उष्माधारिता, उच्च आयतनमितीय उष्माधारिता, कम स्व-स्राव दर, उच्च स्राव वोल्टेज और उच्च चक्र स्थायित्व हैं। हालाँकि कोबाल्ट-आधारित यौगिकों के उपयोग में भी कमियाँ हैं जैसे कि उनकी उच्च लागत और उनकी कम उष्मीय स्थिरता (थर्मोस्टेबिलिटी)। मैंगनीज के समान लाभ और कम लागत है, हालांकि मैंगनीज के उपयोग से जुड़ी कुछ समस्याएं हैं। मुख्य समस्या यह है कि मैंगनीज समय के साथ विद्युत् अपघट्य में घुल जाता है। इस कारण कोबाल्ट अभी भी सबसे उचित तत्व है जिसका उपयोग लिथियम यौगिकों में किया जाता है। नई सामग्री खोजने के लिए बहुत शोध किया जा रहा है जिसका उपयोग सस्ती और लंबे समय तक चलने वाली एलआई-आयन बैटरी बनाने के लिए किया जा सकता है।


=== लिथियम एनोड ===
=== लिथियम एनोड ===
Line 101: Line 131:
<chem>{\displaystyle \mu =\mu ^{o}+k\cdot T\cdot \log(\gamma \cdot x)+\Omega \cdot \sigma }</chem>
<chem>{\displaystyle \mu =\mu ^{o}+k\cdot T\cdot \log(\gamma \cdot x)+\Omega \cdot \sigma }</chem>


इस समीकरण में '''μ''' रासायनिक क्षमता को दर्शाता है, जिसमें '''μ°''' इसका संदर्भ मान है। '''T''' तापमान और '''k''' बोल्ट्जमान स्थिरांक है। लघुगणक के अंदर '''γ''' पद सक्रियता और '''x''' आयन की सम्पूर्ण संरचना में आयन का अनुपात है। नवीन पद '''Ω''' समूह में आयन का आंशिक मोलर आयतन है और '''σ''' निकाय द्वारा महसूस किए गए औसत तनाव के अनुरूप है। इस समीकरण के परिणामानुसार विसरण, जो रासायनिक क्षमता पर निर्भर करता है, अतिरिक्त तनाव से प्रभावित भी होता है और बैटरी की क्षमता को परिवर्तित करता है। इसके अतिरिक्त, यांत्रिक तनाव इलेक्ट्रोड की ठोस-विद्युत् अपघट्य-अंतरावस्था (इंटरफेस) परत को भी प्रभावित कर सकते हैं।<ref>{{Cite journal|last=Palacín|first=M. R.|last2=de Guibert|first2=A.|date=2016-02-05|title=Why do batteries fail?|url=https://www.science.org/doi/10.1126/science.1253292|journal=Science|language=en|volume=351|issue=6273|pages=1253292|doi=10.1126/science.1253292|pmid=26912708|issn=0036-8075}}</ref> अंतरावस्था (इंटरफेस) जो आयन और आवेश स्थानांतरण  को नियंत्रित करता है और तनाव से कम हो सकता है। इस प्रकार, विलयन में अधिक आयनों का उपयोग इसे दोषनिवृत्ति (रिफार्म) के लिए किया जाएगा, जिससे निकाय की समग्र दक्षता कम हो जाती है।<ref>{{Cite journal|last=Zhao|first=Kejie|last2=Cui|first2=Yi|date=2016-12-01|title=Understanding the role of mechanics in energy materials: A perspective|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352431616302152|journal=Extreme Mechanics Letters|series=Mechanics of Energy Materials|language=en|volume=9|pages=347–352|doi=10.1016/j.eml.2016.10.003|issn=2352-4316}}</ref>
इस समीकरण में '''μ''' रासायनिक क्षमता को दर्शाता है, जिसमें '''μ°''' इसका संदर्भ मान है। '''T''' तापमान और '''k''' बोल्ट्जमान स्थिरांक है। लघुगणक के अंदर '''γ''' पद सक्रियता और '''x''' आयन की सम्पूर्ण संरचना में आयन का अनुपात है। नवीन पद '''Ω''' समूह में आयन का आंशिक मोलर आयतन है और '''σ''' निकाय द्वारा महसूस किए गए औसत तनाव के अनुरूप है। इस समीकरण के परिणामानुसार विसरण, जो रासायनिक क्षमता पर निर्भर करता है, अतिरिक्त तनाव से प्रभावित भी होता है और बैटरी की क्षमता को परिवर्तित करता है। इसके अतिरिक्त, यांत्रिक तनाव इलेक्ट्रोड की ठोस-विद्युत् अपघट्य-अंतरावस्था (इंटरफेस) परत को भी प्रभावित कर सकते हैं।<ref>{{Cite journal|last=Palacín|first=M. R.|last2=de Guibert|first2=A.|date=2016-02-05|title=Why do batteries fail?|url=https://www.science.org/doi/10.1126/science.1253292|journal=Science|language=en|volume=351|issue=6273|pages=1253292|doi=10.1126/science.1253292|pmid=26912708|issn=0036-8075}}</ref> अंतरावस्था (इंटरफेस) जो आयन और आवेश स्थानांतरण  को नियंत्रित करता है और तनाव से कम हो सकता है। इस प्रकार, विलयन में अधिक आयनों का उपयोग इसे दोषनिवृत्ति (रिफार्म) के लिए किया जाता है, जिससे निकाय की समग्र दक्षता कम हो जाती है।<ref>{{Cite journal|last=Zhao|first=Kejie|last2=Cui|first2=Yi|date=2016-12-01|title=Understanding the role of mechanics in energy materials: A perspective|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352431616302152|journal=Extreme Mechanics Letters|series=Mechanics of Energy Materials|language=en|volume=9|pages=347–352|doi=10.1016/j.eml.2016.10.003|issn=2352-4316}}</ref>


== अन्य एनोड और कैथोड ==
== अन्य एनोड और कैथोड ==
Line 136: Line 166:
== यह सभी देखें ==
== यह सभी देखें ==
{{Div col|colwidth=22em}}
{{Div col|colwidth=22em}}
*[[Reference electrode]]
*[[निर्देश इलेक्ट्रोड]]
*[[Gas diffusion electrode]]
*[[गैस विसरण इलेक्ट्रोड]]
*[[Cellulose electrode]]
*[[सेलुलोस इलेक्ट्रोड]]
*[[Anion]] vs. [[Ion|Cation]]
*[[ऋणायन]] बनाम [[बनाम|धनायन]]
*[[Electron]] versus [[electron hole|hole]]
*[[इलेक्ट्रॉन]] बनाम [[इलेक्ट्रॉन होल|होल]]
*[[Electron microscope]]
*[[इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी]]
*[[Tafel equation]]
*[[टोफेल समीकरण]]
*[[Hot cathode]]
*[[तप्‍त कैथोड]]
*[[Cold cathode]]
*[[शीतल कैथोड]]
*[[Reversible charge injection limit]]
*[[प्रतिवर्ती आवेश अंतःक्षेप सीमा]]
{{div col end}}
{{div col end}}


== संदर्भ ==
== संदर्भ ==
[[Category:Machine Translated Page]]
[[Category:CS1 English-language sources (en)]]
[[Category:CS1 maint]]
[[Category:Pages that use a deprecated format of the chem tags]]
[[Category:Pages with script errors]]
[[Category:Template documentation pages|Documentation/doc]]
[[Category:Templates used by AutoWikiBrowser|Cite web]]
[[Category:Templates using TemplateData]]

Latest revision as of 11:19, 2 September 2022

विभिन्न परिरक्षित धातु आर्क वेल्डिंग इलेक्ट्रोड और एक इलेक्ट्रोड धारक। ऊपर से * E7018 के साथ एक इलेक्ट्रोड धारक * E6010 * E7018 * E316-16 * E308L-16

इलेक्ट्रोड, एक विद्युत चालक होता है जिसका उपयोग परिपथ के अधात्विक भाग (जैसे अर्धचालक, इलेक्ट्रोलाइट, वैक्यूम या वायु) के साथ संपर्क बनाने के लिए किया जाता है। इलेक्ट्रोड बैटरी के आवश्यक भाग होते हैं, जिनमें, बैटरी के प्रकार के आधार पर, विभिन्न प्रकार के पदार्थ हो सकते है।

इलेक्ट्रोफोर, स्थैतिक विद्युत का अध्ययन करने के लिए उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रोड का प्रारंभिक संस्करण था।[1]

विद्युत रासायनिक सेल में एनोड और कैथोड

एक वोल्टाइक (गैल्वेनिक) सेल का योजनाबद्ध

इलेक्ट्रोड किसी भी बैटरी का एक अनिवार्य भाग होता हैं। पहली विद्युत रासायनिक बैटरी एलेसेंड्रो वोल्टा द्वारा बनाई गई और इसे उपयुक्त रूप से वोल्टाइक सेल नाम दिया गया।[2] इन बैटरी में तांबे और जस्ते के इलेक्ट्रोड होते है जिनके बीच लवण जल युक्त पेपर डिस्क होती है। वोल्टाइक सेल द्वारा प्रदान किए गए वोल्टेज में उच्चावच (फ्लक्चुएशन) के कारण यह अधिक कृयात्मक नहीं थी। 1839 में पहली कृयात्मक बैटरी का आविष्कार किया गया, इसका नाम जॉन फ्रेडरिक डेनियल के नाम पर, डेनियल सेल रखा गया। अभी भी जस्ते-तांबे इलेक्ट्रोड संयोजन का उपयोग किया जा रहा है। अब विभिन्न सामग्रियों का उपयोग करके कई और बैटरियों का विकास किया गया है (बैटरियों की सूची देखें)। यह सभी अभी भी दो इलेक्ट्रोड के उपयोग करने पर आधारित है, जिन्हें दो श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है, एनोड और कैथोड।

एनोड

फैराडे के अनुरोध पर विलियम व्हीवेल द्वारा निर्मित एक पद, 'आरोही' और 'शैली' है। एनोड वह इलेक्ट्रोड है जिसके माध्यम से सम्मत (कन्वेंशनल) विद्युत किसी विद्युत रासायनिक सेल (बैटरी) के विद्युत परिपथ से अधातु सेल में प्रवेश करता है। इलेक्ट्रान विद्युत् धरा के विपरीत प्रवाहित होते है। ध्यान दें, धारा के प्रवाह और इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह में अंतर, इलेक्ट्रॉन के प्रवाह की खोज से पहले धारा के प्रवाह की खोज का कारण है। बेंजामिन फ्रैंकलिन ने अनुमान लगाया कि विद्युत प्रवाह धनात्मक से ऋणात्मक होता है। इलेक्ट्रॉन एनोड से दूर और सम्मत (कन्वेंशनल) धारा एनोड की ओर प्रवाहित होते हैं। दोनों से यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि एनोड का आवेश ऋणात्मक होता है। एनोड में प्रवेश करने वाला इलेक्ट्रॉन उसके बगल में होने वाली ऑक्सीकरण अभिक्रिया से प्राप्त होता है।

कैथोड

यह नाम विलियम व्हीवेल द्वारा अधोगामी (डाउनवर्ड्स) और शैली से लिया गया है। कैथोड इलेक्ट्रोड एनोड से कुछ मायनो मे विपरीत होता है। यह एक धनतमक इलेक्ट्रोड है, जिसका अर्थ है कि इलेक्ट्रॉन विद्युत परिपथ से कैथोड के माध्यम से विद्युत रासायनिक सेल के अधातु भाग में प्रवाहित होते हैं। कैथोड पर, कैथोड से जुड़े तार से आने वाले इलेक्ट्रॉनों से अपचयन अभिक्रिया होती है और ऑक्सीकरण कारक द्वारा अवशोषित कर लिए जाते है।

प्राथमिक सेल

विभिन्न डिस्पोजेबल बैटरी: दो 9-वोल्ट, दो "एएए", दो "एए", और एक "सी", "डी", एक ताररहित फोन बैटरी, एक कैमकॉर्डर बैटरी, एक 2-मीटर हैंडहेल्ड हैम रेडियो बैटरी, और एक बटन बैटरी।

प्राथमिक सेल एक बार उपयोग करके निराकृत करने हेतु बनाई गई बैटरी है। यह सेल में इलेक्ट्रोड पर होने वाली विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाओं के प्रतिवर्ती नहीं होने के कारण है। प्राथमिक सेल का एक उदाहरण त्यागने योग्य क्षारीय बैटरी है, उदाहरण के लिए टॉर्च (फ्लैशलाइट) में उपयोग की जाने वाली त्यागने योग्य क्षारीय बैटरी। जस्ते का एनोड और मैंगनीज का ऑक्साइड कैथोड से मिलकर जिसमें ZnO बनता है।

अर्ध-अभिक्रियाएं निम्नलिखित हैं।

   Zn(s) + 2OH−(aq) → ZnO(s) + H2O(l) + 2e− [E0oxidation = -1.28 V]

   2MnO2(s) H2O(l) 2e− → Mn2O3(s) + 2OH−(aq) [E0reduction = +0.15 V]

पूर्ण अभिक्रिया निम्नलिखित हैं।

   Zn(s) + 2MnO2(s) ⇌ ZnO(s) + Mn2O3(s) [E0total = +1.43 V]

ZnO में एकत्रीकरण होने की प्रवृत्ति होती है और यदि इनका पुनः आवेशन किया जाए तो कम प्रभावशाली स्राव (डिस्चार्ज) होगा। इन बैटरियों को पुनः आवेशित करना संभव है, लेकिन निर्माता द्वारा दी गई सलाह, सुरक्षा, चिंताओं के विरुद्ध है। अन्य प्राथमिक सेल में जस्ता-कार्बन, जस्ता-क्लोराइड और लिथियम आयरन डाइसल्फ़ाइड बैटरी शामिल हैं।

माध्यमिक सेल

प्राथमिक सेल के विपरीत माध्यमिक सेल को पुनः आवेशित किया जा सकता है। 1859 में फ्रेंच गैस्टन प्लांट ने पहली लेड-एसिड बैटरी का आविष्कार किया, यह एक मध्यम सेल है। इस प्रकार की बैटरी अभी भी अन्य ऑटोमोबाइल में सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाती है। कैथोड में लेड डाइऑक्साइड (PbO2) और ठोस लेड का एनोड होता है। अन्य सामान्यत: उपयोग की जाने वाली पुनः आवेशन योग्य बैटरी निकल-कैडमियम, निकल-धातु हाइड्राइड बैटरी और लिथियम-आयन बैटरी हैं। जिनमें से अंतिम को इसके महत्व के कारण इस लेख में और अधिक विस्तार से समझाया जाएगा।

मार्कस का इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण का सिद्धांत

मार्कस सिद्धांत मूल रूप से नोबेल पुरस्कार विजेता रूडोल्फ एo मार्कस द्वारा विकसित एक सिद्धांत है और इलेक्ट्रॉन के एक रासायनिक प्रजाति से दूसरे में जाने की दर की व्याख्या करता है,[1] इस कथन के लिए इसे इलेक्ट्रोड से विलायक में किसी प्रजाति के लिए 'स्थानांतरण (जंपिंग)' के रूप में देखा जा सकता है या इसके विपरीत। हम दाता से ग्राही को इलेक्ट्रॉन के स्थानांतरण के लिए स्थानांतरण दर की गणना के रूप में समस्या का प्रतिनिधित्व कर सकते हैं।

D + A → D+ + A−

निकाय की स्थितिज ऊर्जा प्रतिक्रियाशील प्रजातियों और आसपास के माध्यम के अणुओं के स्थानांतरीय (ट्रांसलेशनल), घूर्णनात्मक (रोटेशनल) और कंपनिक (वाईब्रेशनल) निर्देशांक का एक फलन है, जिसे सामूहिक रूप से अभिक्रिया निर्देशांक कहा जाता है। भुज दायीं ओर की आकृति इनको दर्शाती है। उत्कृष्ट इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण सिद्धांत से, अभिक्रिया दर स्थिरांक (अभिक्रिया की संभावना) की अभिव्यक्ति की गणना की जा सकती है, यदि अरूद्धोष्म प्रक्रिया और परवलयिक स्थितिज ऊर्जा को प्रतिच्छेदन बिंदु (Qx) प्राप्त करके माना जाता है। ध्यान देने, मार्कस जब सिद्धांत के साथ आए, तो इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण को ऊर्जा के संरक्षण के नियम और फ्रैंक-कोंडन सिद्धांत का पालन करना चाहिए। ऐसा करने और फिर इसे पुनर्व्यवस्थित करने से अभिक्रिया की समग्र मुक्त ऊर्जा के संदर्भ में (), मुक्त ऊर्जा () सक्रियण का अनुसरण होता है।

जिसमें पुनर्गठन ऊर्जा है। इस परिणाम को उत्कृष्ट रूप से व्युत्पन्न अरहेनियस समीकरण में दिखाया गया है।

से निम्न समीकरण प्राप्त होता है।

A के साथ, सामान्यतः प्रयोगात्मक रूप से प्राप्त पूर्व-घातांकी कारक है, हालांकि अर्ध उत्कृष्ट व्युत्पत्ति अधिक जानकारी प्रदान करती है जैसा कि नीचे बताया जाएगा।

यह उत्कृष्ट रूप से व्युत्पन्न परिणाम शर्तों के तहत अधिकतम इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण दर के गुणात्मक रूप से पुनरुत्पादित अवलोकन हैं।[2] अधिक व्यापक गणितीय उपचार के लिए न्यूटन का पेपर पढ़ सकते हैं।[3] इस परिणाम की व्याख्या और के भौतिक अर्थ पर करीब से नज़र डालने के लिए मार्कस का पेपर पढ़ा जा सकता है।[4]

विस्थापित सरल आवर्ती दोलक मॉडल का उपयोग करके हाथ की स्थिति को अधिक सटीक रूप से वर्णित किया जा सकता है, इस मॉडल में क्वांटम टनलिंग की जाती है। यह स्पष्ट करने के लिए आवश्यक है कि क्यों लगभग शून्य केल्विन में भी शास्त्रीय सिद्धांत के विपरीत अभी भी इलेक्ट्रॉन स्थानान्तरण होते हैं।[5]

व्युत्पत्ति कैसे की जाती है, इस पर बहुत अधिक विस्तार में जाने के बिना, यह सिस्टम के पूर्ण हैमिल्टन के साथ समय-निर्भर गड़बड़ी सिद्धांत से फर्मी के सुनहरे नियम का उपयोग करने पर टिकी हुई है। दोनों अभिकारकों और उत्पादों (रासायनिक प्रतिक्रिया के दाएं और बाएं तरफ) के तरंग कार्यों में ओवरलैप को देखना संभव है और इसलिए जब उनकी ऊर्जा समान होती है और इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण की अनुमति देती है। जैसा कि पहले छुआ गया था, ऐसा होना ही चाहिए क्योंकि तभी ऊर्जा संरक्षण का पालन होता है। कुछ गणितीय चरणों को छोड़कर इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण की संभावना की गणना निम्न सूत्र का उपयोग करके (यद्यपि काफी कठिन) की जा सकती है।

दो अवस्थाओं (अभिकारकों और उत्पादों) और g(t) के बीच परस्पर क्रिया का वर्णन करने वाला इलेक्ट्रॉनिक युग्मन स्थिरांक होने के साथ लाइन आकार का कार्य है। इस अभिव्यक्ति की शास्त्रीय सीमा लेना, जिसका अर्थ है और कुछ प्रतिस्थापन करना अभिव्यक्ति को शास्त्रीय रूप से व्युत्पन्न सूत्र के समान ही प्राप्त किया जाता है, जैसा कि अपेक्षित था।

मुख्य अंतर अब पूर्व-घातांक कारक है जिसे अब प्रायोगिक कारक के बजाय अधिक भौतिक मापदंडों द्वारा वर्णित किया गया है। अधिक गहन और कठोर गणितीय व्युत्पत्ति और व्याख्या के लिए नीचे सूचीबद्ध स्रोतों के लिए एक बार फिर से सम्मानित किया जाता है।

क्षमता

इलेक्ट्रोड के भौतिक गुण मुख्य रूप से इलेक्ट्रोड की सामग्री और इलेक्ट्रोड की सांस्थिति (टोपोलॉजी) द्वारा निर्धारित किए जाते हैं। आवश्यक गुण अनुप्रयोग पर निर्भर करते हैं और इसलिए प्रचलन में कई प्रकार के इलेक्ट्रोड हैं। इलेक्ट्रोड के रूप में उपयोग की जाने वाली सामग्री चालकीय हो। इसलिए धातु, अर्धचालक, ग्रेफाइट या चालकीय बहुलक जैसी किसी भी संवाहक सामग्री का उपयोग इलेक्ट्रोड के रूप में किया जा सकता है। प्रायः इलेक्ट्रोड में सामग्रियों का संयोजन होता है, प्रत्येक में एक विशिष्ट कार्य होता है। विशिष्ट घटक सक्रिय सामग्री हैं जो कणों के रूप में कार्य करते हैं जो ऑक्सीकृत या अपचयित करते हैं, चालकीय कारक जो इलेक्ट्रोड की चालकता में सुधार करते हैं और बाइंडर्स जो इलेक्ट्रोड के भीतर सक्रिय कणों को एकत्रित करने के लिए उपयोग किए जाते हैं। विद्युत रासायनिक सेल की दक्षता को कई गुणों से परखा जाता है, स्व-स्त्राव समय, स्त्रवित वोल्टेज और चक्र कार्यकरण महत्वपूर्ण मात्रा हैं। इलेक्ट्रोड के भौतिक गुण इन मात्राओं को निर्धारित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। इलेक्ट्रोड के महत्वपूर्ण गुण, विद्युत प्रतिरोधकता, विशिष्ट उष्माधारिता (c_p), इलेक्ट्रोड क्षमता और कठोरता हैं। निस्सन्देह, तकनीकी अनुप्रयोगों के लिए, सामग्री की लागत भी एक महत्वपूर्ण कारक है।[6] कुछ सामान्य रूप से उपयोग की जाने वाली सामग्रियों के लिए कमरे के तापमान (T = 293 K) पर इन गुणों के मान नीचे दी गई तालिका में सूचीबद्ध हैं।

Common electrode properties[7]
Properties Lithium (Li) Manganese (Mn) Copper (Cu) Zinc (Zn) Graphite
Resistivity (Ωm) 8.40e-8 1.44e-6 1.70e-8 5.92e-8 6.00e-6
Electrode Potential (V) -3.02 -1.05 -0.340 -0.760 -
Hardness (HV) <5 500 50 30 7-11
Specific heat capacity (J/(gK)) 2.997 0.448 0.385 0.3898 0.707





भूतल प्रभाव

इलेक्ट्रोड की सतह सांस्थिति (टोपोलॉजी) इलेक्ट्रोड की दक्षता निर्धारित करने में एक महत्वपूर्ण कारक है। संपर्क प्रतिरोध के कारण इलेक्ट्रोड की दक्षता कम हो सकती है।दक्षा इलेक्ट्रोड बनाने के लिए इसे इस तरह बनाना महत्वपूर्ण है कि यह संपर्क प्रतिरोध को कम करता हो।

उत्पादन

एलआई-आयन बैटरियों के लिए इलेक्ट्रोड का उत्पादन विभिन्न चरणों में निम्नानुसार किया जाता है।[8]

  1. इलेक्ट्रोड के विभिन्न घटकों को विलायक में मिलाया जाता है। इस मिश्रण को इस तरह से बनाया गया है कि यह इलेक्ट्रोड के कार्यकरण में सुधार करता है। इस मिश्रण के सामान्य घटक हैं।
  • सक्रिय इलेक्ट्रोड कण।
  • बाइंडर जिसमें सक्रिय इलेक्ट्रोड कण होते है।
  • इलेक्ट्रोड की चालकता में सुधार करने के लिए उपयोग किया जाने वाला एक चालकीय कारक।
बनाए गए मिश्रण को 'इलेक्ट्रोड घोल' के रूप में जाना जाता है।
  1. उपर्युक्त इलेक्ट्रोड घोल एक चालक पर लेपित होता है जो विद्युत् रसायनिक सेल में वर्तमान संग्राहक के रूप में कार्य करता है। कैथोड के लिए तांबा और एनोड के लिए एल्यूमीनियम विशिष्ट संग्राहक हैं।
  2. चालक पर घोल लगाने के बाद इसे सुखाया जाता है और फिर आवश्यक मोटाई तक दबाया जाता है।

इलेक्ट्रोड की संरचना

इलेक्ट्रोड के घटकों के दिए गए चयन के लिए, अंतिम दक्षता इलेक्ट्रोड की आंतरिक संरचना द्वारा निर्धारित की जाती है। इलेक्ट्रोड के कार्यकरण को निर्धारित करने में आंतरिक संरचना में महत्वपूर्ण कारक हैं।[9]

  • सक्रिय सामग्री और चालकीय कारक का गुच्छन (क्लस्टरिंग) होता है। घोल के सभी घटकों को अपना कार्य करने के लिए, उन सभी को इलेक्ट्रोड के भीतर समान रूप से फैलाया जाना चाहिए।
  • सक्रिय सामग्री पर चालकीय कारक का समान वितरण होता है। यह सुनिश्चित करता है कि इलेक्ट्रोड की चालकता इष्टतम है।
  • वर्तमान संग्राहकों को इलेक्ट्रोड का संवरक कहते है। संवरक सुनिश्चित करता है कि इलेक्ट्रोड इलेक्ट्रोलाइट में नहीं घुलता।
  • सक्रिय सामग्री का घनत्व। सक्रिय सामग्री की मात्रा, चालकीय कारक और बांधने की मशीन (बाइंडर) के बीच एक संतुलन होता है। चूंकि इलेक्ट्रोड में सक्रिय सामग्री महत्वपूर्ण कारक है, इसलिए घोल की इस तरह से रचना की जाती है की सक्रिय सामग्री का घनत्व जितना संभव हो उतना अधिक हो, बिना चालकीय कारक के और बाइंडर ठीक से काम नहीं कर रहा हो। इलेक्ट्रोड के उत्पादन में इन गुणों को कई तरीकों से प्रभावित किया जा सकता है। इलेक्ट्रोड के निर्माण में सबसे महत्वपूर्ण चरण इलेक्ट्रोड घोल बनाना है। जैसा कि ऊपर देखा जा सकता है, इलेक्ट्रोड के सभी महत्वपूर्ण गुणों को इलेक्ट्रोड के घटकों के समान वितरण के साथ करना पड़ता है। इसलिए, यह बहुत महत्वपूर्ण है कि इलेक्ट्रोड घोल जितना संभव हो उतना समांगी हो। इस मिश्रण चरण को बेहतर बनाने के लिए कई प्रक्रियाएं विकसित की गई हैं और वर्तमान शोध अभी भी किया जा रहा है।[10]

लिथियम आयन बैटरी में इलेक्ट्रोड

इलेक्ट्रोड का आधुनिक अनुप्रयोग लिथियम-आयन बैटरी (एलआई-आयन बैटरी) में है। एलआई-आयन बैटरी एक तरह की प्रवाह (फ्लो) बैटरी है जिसे दाईं ओर की छवि में देखा जा सकता है।

एक विशिष्ट प्रवाह बैटरी में तरल पदार्थ के दो टैंक होते हैं जिन्हें दो इलेक्ट्रोडों के बीच एक झिल्ली के माध्यम से पंप किया जाता है। [16]

इसके अतिरिक्त, एलआई-आयन बैटरी माध्यमिक सेल का एक उदाहरण है क्योंकि यह पुनः आवेशित की जा सकती है। यह दोनों गैल्वेनिक या विद्युत-अपघटनी सेल के रूप में कार्य कर सकती है। एलआई-आयन बैटरी विद्युत् अपघट्य में विलेय के रूप में लिथियम आयनों का उपयोग करती हैं जो कार्बनिक विलायक में घुल जाते हैं। लिथियम इलेक्ट्रोड का अध्ययन सबसे पहले 1913 में जी.एन. लुईस और एफ.जी. कीज़ ने किया था। अगली शताब्दी में इन इलेक्ट्रोडों का उपयोग पहली एलआई-आयन बैटरी बनाने और उनका अध्ययन करने के लिए किया गया। एलआई-आयन बैटरी अपने अच्छे कार्यकरण के कारण बहुत लोकप्रिय हैं। अनुप्रयोगों में मोबाइल फोन और वैद्युतई (इलेक्ट्रिक) कार शामिल हैं। एनोड और कैथोड एलआई-आयन बैटरी के अभिन्न अंग हैं तथा इसकी लोकप्रियता के कारण, इसलिए विशेष रूप से इन इलेक्ट्रोड की दक्षता, सुरक्षा बढ़ाने और लागत को कम करने के लिए बहुत अधिक शोध किए गए है।

लिथियम कैथोड

एलआई-आयन बैटरी में कैथोड में एक अंतर्विष्ट (इंटरकलेटेड) लिथियम यौगिक होता है (लिथियम और अन्य तत्वों से बने अणुओं की परतों से युक्त एक स्तरित सामग्री)। कोबाल्ट तत्व यौगिक में अणुओं का भाग बनाता है। एक अन्य प्रायः उपयुक्त किया जाने वाला तत्व मैंगनीज है। उचित यौगिक का विकल्प सामान्यतः बैटरी के उपयोग पर निर्भर करता है। मैंगनीज-आधारित यौगिकों की तुलना में कोबाल्ट-आधारित यौगिकों के लाभ उनकी उच्च विशिष्ट उष्माधारिता, उच्च आयतनमितीय उष्माधारिता, कम स्व-स्राव दर, उच्च स्राव वोल्टेज और उच्च चक्र स्थायित्व हैं। हालाँकि कोबाल्ट-आधारित यौगिकों के उपयोग में भी कमियाँ हैं जैसे कि उनकी उच्च लागत और उनकी कम उष्मीय स्थिरता (थर्मोस्टेबिलिटी)। मैंगनीज के समान लाभ और कम लागत है, हालांकि मैंगनीज के उपयोग से जुड़ी कुछ समस्याएं हैं। मुख्य समस्या यह है कि मैंगनीज समय के साथ विद्युत् अपघट्य में घुल जाता है। इस कारण कोबाल्ट अभी भी सबसे उचित तत्व है जिसका उपयोग लिथियम यौगिकों में किया जाता है। नई सामग्री खोजने के लिए बहुत शोध किया जा रहा है जिसका उपयोग सस्ती और लंबे समय तक चलने वाली एलआई-आयन बैटरी बनाने के लिए किया जा सकता है।

लिथियम एनोड

बड़े पैमाने पर उत्पादित एलआई-आयन बैटरियों में प्रयुक्त एनोड या तो कार्बन आधारित (सामान्यतः ग्रेफाइट) होते हैं या स्पिनल लिथियम टाइटेनेट (Li4Ti5O12) से बने होते हैं।

यांत्रिक गुण

बैटरियों का एक सामान्य विफल प्रक्रिया यांत्रिक आघात (शॉक) है, जो या तो इलेक्ट्रोड या निकाय के पात्र को तोड़ देता है, जिससे खराब चालकता और विद्युत् अपघट्य का रिसाव होता है।[11] हालांकि, इलेक्ट्रोड के यांत्रिक गुणों की प्रासंगिकता इसके परिवेश के कारण टकराव के प्रतिरोध से परे है। मानक संचालन के दौरान, आयनों का इलेक्ट्रोड में संयोजन करने से आयतन में परिवर्तन होता है। लीथियम-आयन बैटरियों में लीथिएशन के दौरान लगभग 300% का विस्तार करने वाले Si इलेक्ट्रोड्स द्वारा इसका अच्छी तरह से उदाहरण दिया गया है।[12] इस तरह के परिवर्तन से जाली (लैटिस) में विकृति हो सकती है तथा इस कारण इसमें तनाव होता है। तनाव की उत्पत्ति इलेक्ट्रोड में ज्यामितीय बाधाओं या आयन के असमांगी परत के कारण हो सकती है।[13] यह घटना बहुत ही चिंताजनक है क्योंकि इससे इलेक्ट्रोड भंजन और प्रदर्शन हानि हो सकती है। इस प्रकार, लंबे समय तक चलने वाली बैटरी के लिए नए इलेक्ट्रोड के विकास को सक्षम करने के लिए यांत्रिक गुण महत्वपूर्ण हैं। संचालन के दौरान इलेक्ट्रोड के यांत्रिक व्यवहार को मापने के लिए संभावित युक्ति नैनोइंडेंटेशन का उपयोग किया जाता है।[14] यांत्रिक व्यवहार और विद्युत् रसायन को जोड़ने के संभावित मार्गों के मूल्यांकन में एक मूल्यवान उपकरण होने के कारण यह विधि विश्लेषण करने में सक्षम है कि विद्युत रासायनिक अभिक्रियाओं के दौरान तनाव कैसे विकसित होता है।

इलेक्ट्रोड की आकृति विज्ञान को प्रभावित करने के अलावा, तनाव विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाओं को भी प्रभावित करने में सक्षम हैं।[15][16] जबकि रासायनिक प्रेरक बल सामान्यतः यांत्रिक ऊर्जा की तुलना में अधिक परिमाण होता हैं, यह एलआई-आयन बैटरियों के लिए उचित नहीं है।[17] डॉ° लार्चे के अध्ययन ने लगाए गए तनाव और इलेक्ट्रोड की रासायनिक क्षमता के बीच संबंध स्थापित किया।[18] यद्यपि यह प्रत्यास्थ अवरोधों की भिन्नता जैसे कई चरों की उपेक्षा करता है, यह कुल रासायनिक क्षमता से तनाव से प्रेरित प्रत्यास्थ ऊर्जा को घटा देता है।

इस समीकरण में μ रासायनिक क्षमता को दर्शाता है, जिसमें μ° इसका संदर्भ मान है। T तापमान और k बोल्ट्जमान स्थिरांक है। लघुगणक के अंदर γ पद सक्रियता और x आयन की सम्पूर्ण संरचना में आयन का अनुपात है। नवीन पद Ω समूह में आयन का आंशिक मोलर आयतन है और σ निकाय द्वारा महसूस किए गए औसत तनाव के अनुरूप है। इस समीकरण के परिणामानुसार विसरण, जो रासायनिक क्षमता पर निर्भर करता है, अतिरिक्त तनाव से प्रभावित भी होता है और बैटरी की क्षमता को परिवर्तित करता है। इसके अतिरिक्त, यांत्रिक तनाव इलेक्ट्रोड की ठोस-विद्युत् अपघट्य-अंतरावस्था (इंटरफेस) परत को भी प्रभावित कर सकते हैं।[19] अंतरावस्था (इंटरफेस) जो आयन और आवेश स्थानांतरण को नियंत्रित करता है और तनाव से कम हो सकता है। इस प्रकार, विलयन में अधिक आयनों का उपयोग इसे दोषनिवृत्ति (रिफार्म) के लिए किया जाता है, जिससे निकाय की समग्र दक्षता कम हो जाती है।[20]

अन्य एनोड और कैथोड

निर्वात नलिका या अर्धचालक में ध्रुवीयता (डायोड, विदयुत अपघट्‍य संधारित्र) होती हैं, एनोड धनात्मक (+) इलेक्ट्रोड और कैथोड ऋणात्मक (-) होता है। इलेक्ट्रॉन कैथोड के माध्यम से उपकरण में प्रवेश करते हैं और एनोड के माध्यम से उपकरण से निकसित होते हैं। कई उपकरणों में संक्रिया को नियंत्रित करने के लिए अन्य इलेक्ट्रोड होते हैं, जैसे, बेस, गेट, कंट्रोल ग्रिड।

तीन-इलेक्ट्रोड सेल में, प्रत्युत्तर (काउंटर) इलेक्ट्रोड, जिसे एक सहायक इलेक्ट्रोड भी कहा जाता है, का उपयोग केवल विद्युत् अपघट्य से संयोजन के लिए किया जाता है ताकि कार्य करने वाले इलेक्ट्रोड पर विद्युत् धारा प्रवाहित की जा सके। प्रत्युत्तर (काउंटर) इलेक्ट्रोड सामान्यतः इसे घुलने से बचाने के लिए अक्रिय सामग्री (उत्कृष्ट धातु या ग्रेफाइट) से बना होता है।

वेल्डिंग इलेक्ट्रोड

आर्क वेल्डिंग में, दो टुकड़ों को एक साथ जोड़ने के लिए वर्कपीस के माध्यम से विद्युत् धारा का संचालन करने के लिए एक इलेक्ट्रोड का उपयोग किया जाता है। प्रक्रिया के आधार पर, इलेक्ट्रोड, गैस धातु आर्क वेल्डिंग या परिरक्षित धातु आर्क वेल्डिंग की स्थिति में या तो उपभोगीय है या गैस टंगस्टन आर्क वेल्डिंग में गैर-उपभोगीय। दिष्ट धारा प्रणाली के लिए, वेल्ड रॉड या स्टिक गरिष्ठ (फिलिंग) प्रकार के वेल्ड के लिए कैथोड या अन्य वेल्डिंग प्रक्रियाओं के लिए एनोड हो सकता है। प्रत्यावर्ती धारा आर्क वेल्डर के लिए, वेल्डिंग इलेक्ट्रोड को एनोड या कैथोड नहीं माना जाता है।

प्रत्यावर्ती धारा इलेक्ट्रोड

विद्युत प्रणालियों के लिए जो प्रत्यावर्ती धारा का उपयोग करते हैं, इलेक्ट्रोड विद्युत प्रवाह द्वारा कार्य करने के लिए विद्युत् परिपथ तंत्र से वस्तु संयोजन होता हैं, लेकिन इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह की दिशा समय-समय पर (सामान्यतः प्रति सेकंड कई बार) बदलती रहती है इस कारण एनोड या कैथोड नामांकित नहीं होते हैं।

रासायनिक रूप से संशोधित इलेक्ट्रोड

वे इलेक्ट्रोड, जिनकी सतहों को इलेक्ट्रोड के भौतिक, रासायनिक, विद्युत रासायनिक, प्रकाशिक, विद्युत और परिवहन गुणों को बदलने के लिए रासायनिक रूप से संशोधित किया जाता है, रासायनिक रूप से संशोधित इलेक्ट्रोड कहलाते है। इन इलेक्ट्रोडों का उपयोग अनुसंधान और जांच में उन्नत उद्देश्यों के लिए किया जाता है।

उपयोग

इलेक्ट्रोड का उपयोग अधातु वस्तुओं के माध्यम से विद्युत धारा प्रदान करने के लिए उन्हें कई तरीकों से बदलने और कई उद्देश्यों के लिए चालकता को मापने के लिए किया जाता है। उदाहरणों निम्नलिखित है।

  • ईंधन सेल के लिए इलेक्ट्रोड
  • चिकित्सा उद्देश्यों के लिए इलेक्ट्रोड, जैसे ईईजी (मस्तिष्क गतिविधि रिकॉर्ड करने के लिए), ईसीजी (दिल की धड़कन रिकॉर्ड करना), ईसीटी (विद्युत मस्तिष्क उत्तेजना), डिफिब्रिलेटर (कार्डियक उत्तेजना रिकॉर्डिंग और वितरित करना)
  • बायोमेडिकल रिसर्च में इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी तकनीकों के लिए इलेक्ट्रोड
  • इलेक्ट्रिक चेयर द्वारा निष्पादन के लिए इलेक्ट्रोड
  • इलेक्ट्रोप्लेटिंग के लिए इलेक्ट्रोड
  • आर्क वेल्डिंग के लिए इलेक्ट्रोड
  • कैथोडिक सुरक्षा के लिए इलेक्ट्रोड
  • भूसंपर्कन के लिए इलेक्ट्रोड
  • विद्युत रासायनिक विधियों का उपयोग करके रासायनिक विश्लेषण के लिए इलेक्ट्रोड
  • नैनोइलेक्ट्रोड में उच्च-सटीक मापन के लिए नैनोइलेक्ट्रोड
  • इलेक्ट्रोलिसिस के लिए निष्क्रिय इलेक्ट्रोड (प्लैटिनम से बना)
  • झिल्ली इलेक्ट्रोड असेंबली
  • टेजर इलेक्ट्रोशॉक हथियार के लिए इलेक्ट्रोड

यह सभी देखें

संदर्भ

  1. ↑ "Electron Transfer Reactions in Chemistry: Theory and Experiment". Nobelstiftung. 8 December 1992. Retrieved 2 April 2007.
  2. ↑ "Marcus Theory for Electron Transfer". 12 December 2020. Retrieved 24 January 2021.
  3. ↑ Newton, Marshall D. (1991). "Quantum chemical probes of electron-transfer kinetics: The nature of donor-acceptor interactions". Chemical Reviews. 91 (5): 767–792. doi:10.1021/cr00005a007.
  4. ↑ Marcus, Rudolph A. (1993). "Electron transfer reactions in chemistry. Theory and experiment". Reviews of Modern Physics. 65 (3): 599–610. Bibcode:1993RvMP...65..599M. doi:10.1103/RevModPhys.65.599.
  5. ↑ DeVault, D. (1984) Quantum Mechanical Tunneling in Biological Systems; Cambridge University Press: Cambridge.
  6. ↑ Engineering360. "Electrodes and Electrode Materials Selection Guide: Types, Features, Applications". www.globalspec.com.
  7. ↑ "Online Materials Information Resource". www.matweb.com.
  8. ↑ Hawley, W. Blake; Li, Jianlin (2019). "Electrode manufacturing for lithium-ion batteries—Analysis of current and next generation processing". Journal of Energy Storage. 25: 100862. doi:10.1016/j.est.2019.100862. OSTI 1546514.
  9. ↑ Konda, Kumari; Moodakare, Sahana B.; Kumar, P. Logesh; Battabyal, Manjusha; Seth, Jyoti R.; Juvekar, Vinay A.; Gopalan, Raghavan (2020). "Comprehensive effort on electrode slurry preparation for better electrochemical performance of LiFePO4 battery". Journal of Power Sources. 480: 228837. Bibcode:2020JPS...48028837K. doi:10.1016/j.jpowsour.2020.228837.
  10. ↑ Konda, Kumari; Moodakare, Sahana B.; Kumar, P. Logesh; Battabyal, Manjusha; Seth, Jyoti R.; Juvekar, Vinay A.; Gopalan, Raghavan (2020). "Comprehensive effort on electrode slurry preparation for better electrochemical performance of LiFePO4 battery". Journal of Power Sources. 480: 228837. Bibcode:2020JPS...48028837K. doi:10.1016/j.jpowsour.2020.228837.
  11. ↑ Palacín, M. R.; de Guibert, A. (2016-02-05). "Why do batteries fail?". Science (in English). 351 (6273): 1253292. doi:10.1126/science.1253292. ISSN 0036-8075. PMID 26912708.
  12. ↑ Li, Dawei; Wang, Yikai; Hu, Jiazhi; Lu, Bo; Cheng, Yang-Tse; Zhang, Junqian (2017-10-31). "In situ measurement of mechanical property and stress evolution in a composite silicon electrode". Journal of Power Sources (in English). 366: 80–85. Bibcode:2017JPS...366...80L. doi:10.1016/j.jpowsour.2017.09.004. ISSN 0378-7753.
  13. ↑ Xu, Rong; Zhao, Kejie (2016-12-12). "Electrochemomechanics of Electrodes in Li-Ion Batteries: A Review". Journal of Electrochemical Energy Conversion and Storage. 13 (3). doi:10.1115/1.4035310. ISSN 2381-6872.
  14. ↑ de Vasconcelos, Luize Scalco; Xu, Rong; Zhao, Kejie (2017). "Operando Nanoindentation: A New Platform to Measure the Mechanical Properties of Electrodes during Electrochemical Reactions". Journal of the Electrochemical Society (in English). 164 (14): A3840–A3847. doi:10.1149/2.1411714jes. ISSN 0013-4651.
  15. ↑ Xu, Rong; Zhao, Kejie (2016-12-12). "Electrochemomechanics of Electrodes in Li-Ion Batteries: A Review". Journal of Electrochemical Energy Conversion and Storage. 13 (3). doi:10.1115/1.4035310. ISSN 2381-6872.
  16. ↑ Zhao, Kejie; Pharr, Matt; Cai, Shengqiang; Vlassak, Joost J.; Suo, Zhigang (June 2011). "Large Plastic Deformation in High-Capacity Lithium-Ion Batteries Caused by Charge and Discharge: Large Plastic Deformation in Lithium-Ion Batteries". Journal of the American Ceramic Society (in English). 94: s226–s235. doi:10.1111/j.1551-2916.2011.04432.x.
  17. ↑ Spaepen *, F. (2005-09-11). "A survey of energies in materials science". Philosophical Magazine. 85 (26–27): 2979–2987. Bibcode:2005PMag...85.2979S. doi:10.1080/14786430500155080. ISSN 1478-6435.
  18. ↑ Larché, F; Cahn, J. W (1973-08-01). "A linear theory of thermochemical equilibrium of solids under stress". Acta Metallurgica (in English). 21 (8): 1051–1063. doi:10.1016/0001-6160(73)90021-7. ISSN 0001-6160.
  19. ↑ Palacín, M. R.; de Guibert, A. (2016-02-05). "Why do batteries fail?". Science (in English). 351 (6273): 1253292. doi:10.1126/science.1253292. ISSN 0036-8075. PMID 26912708.
  20. ↑ Zhao, Kejie; Cui, Yi (2016-12-01). "Understanding the role of mechanics in energy materials: A perspective". Extreme Mechanics Letters. Mechanics of Energy Materials (in English). 9: 347–352. doi:10.1016/j.eml.2016.10.003. ISSN 2352-4316.
Retrieved from ‘https://www.vigyanwiki.in/index.php?title=इलेक्ट्रोड&oldid=10514’