باتری لیمو

باتری لیمو، یک باتری ساده است که اغلب برای آموزش ساخته شده است. به طور معمول، یک تکه فلز روی و یک تکه مس به لیمو وارد می شوند و با سیم متصل می شوند. برق تولید شده توسط واکنش فلزات برای نیرو بخشیدن به یک دستگاه کوچک مانند LED مورد استفاده قرار می گیرد.

باتری لیمو شبیه به اولین باتری الکتریکی است که در سال ۱۸۰۰ توسط آلساندرو ولتا اختراع شد؛

او به جای آب لیمو از آب نمک استفاده کرد.

باتری لیمو نشان دهنده نوع واکنش شیمیایی (کاهش اکسیداسیون) است که در باتری ها اتفاق می افتد.

روی و مس الکترود نامیده می شوند و آب داخل لیمو الکترولیت نامیده می شود.

تغییرات زیادی در باتری لیمو وجود دارد که از میوه های مختلف (یا مایعات) به عنوان الکترولیت و فلزاتی بغیر از روی و مس به عنوان الکترود استفاده می شود.

باتری لیمو ۱

تغییرات

بسیاری از میوه ها و مایعات برای الکترولیت اسیدی استفاده می شوند.

میوه بسیار مناسب است، زیرا الکترولیت و یک روش ساده برای حمایت از الکترودها را فراهم می کند.

اسید دخیل در مرکبات (لیمو، پرتقال، گریپ فروت و …)، اسید سیتریک است.

سیب زمینی ها دارای اسید فسفریک هستند و به خوبی کار می کنند. آنها پایه ای برای کیت های تجاری “ساعت سیب زمینی” هستند. باتری های سیب زمینی با چراغ LED برای استفاده در کشورهای فقیر یا برای سکنه خارج از شبکه ارائه شده اند. تحقیقات بین المللی در سال ۲۰۱۰ نشان داد که سیب زمینی درحال جوش برای هشت دقیقه باعث افزایش تولید برق می شود، همانگونه که برش های سیب زمینی بین صفحات مس و روی می توانند باعث آن شوند. بر طبق نظر محققان سریلانکا ، کباب مرغ پخته شده و خرد شده نیز مناسب اینکار است.

بجای میوه، مایعات در ظروف مختلف نیز مورد استفاده قرار می گیرند.

باتری لیمو ۲

نتایج آزمایش

این مدل واکنش های شیمیایی پیش بینی های متعددی انجام داد که در آزمایش های منتشر شده توسط جری گودیزمن در سال ۲۰۰۱ مورد بررسی قرار گرفت. بیشتر پیش بینی های دقیق مدل، به ولتاژ باتری اعمال می شود که به طور مستقیم توسط یک متر اندازه گیری می شود. هیچ چیز دیگری به باتری متصل نیست. معادله Nernst اساسا می گوید که با بیشتر شدن سولفات روی، چه میزان ولتاژ  کاهش می یابد. افزودن سولفات مس (CuSO4) بر ولتاژ تاثیر نمی گذارد. این نتیجه با این واقعیت سازگار است که اتم های مس الکترود در مدل واکنش شیمیایی باتری دخالت ندارند.

هنگامی که باتری به یک مدار خارجی وصل شود و جریان الکتریکی قابل توجهی جریان یابد، الکترودهای روی، جرم از دست می دهند.

در نهایت، ولتاژ باتری به اسیدیته الکترولیت بستگی دارد که با pH آن اندازه گیری می شود.

کاهش اسیدیته (و افزایش pH) موجب کاهش ولتاژ می شود.

این اثر نیز توسط معادله نرنست پیش بینی شده است؛

اسید خاصی که مورد استفاده قرار گرفت (سیتریک، هیدروکلریک، سولفوریک، و غیره) بر ولتاژ به جز از طریق pH تاثیر نمی گذارد.

پیش بینی معادله نرنست برای الکترولیت های قوی اسیدی (pH <3.4) شکست خورد، زمانی که الکترودهای روی به الکترولیت تجزیه می شود، حتی زمانی که باتری هیچ جریانی را به مدار ارائه نمی کند. دو واکنش کاهش اکسیداسیون تنها هنگامی رخ می دهد که بار الکتریکی از طریق مدار خارجی انتقال یابد.

باتری لیمو ۳

منبع انرژی

انرژی از تغییر شیمیایی روی به هنگام حل شدن در اسید بوجود می آید.

انرژی از لیمو یا سیب زمینی بوجود نمی آید. روی در داخل لیمو اکسید شده و برخی از الکترونها را با اسید عوض می کند تا به حالت انرژی پایینتری برسد و انرژی آزاد شده برق تولید می کند.

باتری لیمو ۴

باتری Smee

از سال ۱۸۴۰ تا اواخر قرن نوزدهم، باتری های بزرگ با استفاده از یک الکترود روی و یک الکترولیت اسید سولفوریک به طور گسترده ای در صنعت چاپ مورد استفاده قرار گرفتند.مادامی که الکترود های مس مانند آنهایی که در باتری های لیمو گاهی استفاده می شوند، در سال ۱۸۴۰، “الفرد اسمی”  یک نسخه تصحیح شده از این باتری را تولید کرد که به جای یک الکترود مس از نقره ای با یک پلاتین درشت استفاده شد. گاز هیدروژن چسبیده به سطح الکترود نقره یا مس، جریان الکتریکی کاهش می دهد که این پدیده “قطبی شدن” نام دارد. سطح پلاتینی موجب افزایش حباب گاز هیدروژن و افزایش جریان باتری می شود. بر خلاف الکترود روی، الکترود های مس یا نقره پلاتینی بوسیله باتری مصرف نمی شوند و جزئیات این الکترود بر ولتاژ باتری تأثیر نمی گذارد. باتری “اسمی” الکتروتایپینگ مناسب بود که صفحات مس را برای چاپ روزنامه ها و کتاب ها، و همچنین مجسمه ها و دیگر اشیاء فلزی، تولید کرد.

باتری  Smee به جای روی خالص، از روی آمیخته استفاده می کند؛

ظاهرا روی آمیخته در مقایسه با روی خالص کمتر در معرض تخریب بوسیله محلول اسیدی است.

الکترود های روی آمیخته و روی هموار، هنگامیکه روی خالص است،اساسا ولتاژ یکسانی دارند.

باتری لیمو ۵