इलेक्ट्रोड

एक इलेक्ट्रोड एक विद्युत कंडक्टर होता है जिसका उपयोग सर्किट के गैर-धातु 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 की सामग्री शामिल हो सकती है।

जोहान विल्के द्वारा आविष्कार किया गया इलेक्ट्रोफोर, स्थैतिक बिजली का अध्ययन करने के लिए इस्तेमाल किए जाने वाले इलेक्ट्रोड का प्रारंभिक संस्करण था।[1]

विद्युत रासायनिक कोशिकाओं में एनोड और कैथोड

एक वोल्टाइक (गैल्वेनिक) सेल का योजनाबद्ध

इलेक्ट्रोड किसी भी बैटरी का एक अनिवार्य हिस्सा हैं। बनाई गई पहली इलेक्ट्रोकेमिकल बैटरी एलेसेंड्रो वोल्टा द्वारा तैयार की गई थी और इसे उपयुक्त रूप से वोल्टाइक सेल नाम दिया गया था [2] इस बैटरी में तांबे और जस्ता इलेक्ट्रोड के ढेर शामिल थे जो नमकीन पेपर डिस्क द्वारा अलग किए गए थे। वोल्टाइक सेल द्वारा प्रदान किए गए वोल्टेज में उतार-चढ़ाव के कारण यह बहुत व्यावहारिक नहीं था। पहली व्यावहारिक बैटरी का आविष्कार 1839 में किया गया था और इसका नाम जॉन फ्रेडरिक डेनियल के नाम पर डेनियल सेल रखा गया था। अभी भी जिंक-कॉपर इलेक्ट्रोड संयोजन का उपयोग कर रहा है। तब से विभिन्न सामग्रियों का उपयोग करके कई और बैटरियों का विकास किया गया है (बैटरियों की सूची देखें)। इन सभी का आधार अभी भी दो इलेक्ट्रोड का उपयोग करना है जिन्हें दो श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: एनोड और कैथोड।

एनोड

एनोड वह इलेक्ट्रोड है जिसके माध्यम से पारंपरिक विद्युत एक इलेक्ट्रोकेमिकल सेल (बैटरी) के विद्युत सर्किट से गैर-धातु सेल में प्रवेश करता है। इलेक्ट्रॉन तब बैटरी के दूसरी तरफ प्रवाहित होते हैं। धारा के प्रवाह और इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह में अंतर नोट करें, यह इलेक्ट्रॉन की खोज से पहले धारा के प्रवाह की खोज के कारण है। बेंजामिन फ्रैंकलिन ने अनुमान लगाया कि विद्युत प्रवाह सकारात्मक से नकारात्मक में चला गया है। [4] इलेक्ट्रॉन एनोड से दूर और पारंपरिक धारा की ओर बहते हैं। दोनों से यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि एनोड का आवेश ऋणात्मक है। एनोड में प्रवेश करने वाला इलेक्ट्रॉन उसके बगल में होने वाली ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया से आता है।

कैथोड

कैथोड कई मायनों में एनोड के विपरीत है। यह सकारात्मक इलेक्ट्रोड है, जिसका अर्थ है विद्युत सर्किट से कैथोड के माध्यम से इलेक्ट्रोकेमिकल सेल के गैर-धातु भाग में इलेक्ट्रॉन। कैथोड पर, कैथोड से जुड़े तार से आने वाले इलेक्ट्रॉनों के साथ कमी प्रतिक्रिया होती है और ऑक्सीकरण एजेंट द्वारा अवशोषित कर ली जाती है।

प्राथमिक सेल

एक प्राथमिक सेल एक बैटरी है जिसे एक बार उपयोग करने के लिए डिज़ाइन किया गया है और फिर त्याग दिया गया है। यह सेल में इलेक्ट्रोड पर होने वाली विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाओं के प्रतिवर्ती नहीं होने के कारण है। प्राथमिक सेल का एक उदाहरण है, उदाहरण के लिए फ्लैशलाइट में उपयोग की जाने वाली त्यागने योग्य क्षारीय बैटरी। एक जिंक एनोड और एक मैंगनीज ऑक्साइड कैथोड से मिलकर जिसमें ZnO बनता है।

अर्ध-प्रतिक्रियाएँ हैं:

   Zn(s) 2OH−(aq) → ZnO(s) H2O(l) 2e− {\displaystyle \qquad \qquad } \qquad \qquad [E0oxidation = -1.28 V]

   2MnO2(s) H2O(l) 2e− → Mn2O3(s) 2OH-(aq) {\displaystyle \qquad } \qquad [E0reduction = 0.15 V]

समग्र प्रतिक्रिया:

   Zn(s) 2MnO2(s) ZnO(s) Mn2O3(s) {\displaystyle \qquad \qquad } \qquad \qquad [E0total = 1.43 V]

ZnO में क्लंपिंग होने का खतरा होता है और अगर दोबारा रिचार्ज किया जाए तो यह कम कुशल डिस्चार्ज देगा। इन बैटरियों को रिचार्ज करना संभव है, लेकिन निर्माता द्वारा सलाह दी गई सुरक्षा चिंताओं के कारण है। अन्य प्राथमिक कोशिकाओं में जिंक-कार्बन, जिंक-क्लोराइड और लिथियम आयरन डाइसल्फ़ाइड बैटरी शामिल हैं।

माध्यमिक सेल

रिचार्जेबल बैटरीज़

डिस्चार्ज और चार्ज के दौरान सेकेंडरी बैटरी के लिए इलेक्ट्रिक करंट और इलेक्ट्रान दिशा।

प्राइमरी सेल के विपरीत सेकेंडरी सेल को रिचार्ज किया जा सकता है। जिनमें से पहली लेड-एसिड बैटरी थी जिसका आविष्कार 1859 में फ्रेंच गैस्टन प्लांट ने किया था। इस प्रकार की बैटरी अभी भी अन्य ऑटोमोबाइल में सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाती है। [5] कैथोड में लेड डाइऑक्साइड (PbO2) और ठोस लेड का एनोड होता है। अन्य आमतौर पर उपयोग की जाने वाली रिचार्जेबल 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।