Co to jest ogniwo voltaiczne?

Ogniwo voltowe jest urządzeniem wykonanym z połączenia dwóch różnych metali i zanurzenia połączonego elementu w jakimś płynie, który tworzy atmosferę przewodzącą. Ogólnym celem ogniwa voltaicznego jest przekształcenie reakcji chemicznej między metalami i płynem w ładunek elektryczny. Jednym z najczęstszych przykładów jest po prostu bateria, służąca do zasilania energią elektryczną urządzeń niepodłączonych do centralnego źródła zasilania sieciowego.

Podstawowym sposobem działania ogniwa voltaicznego jest zastosowanie techniki galwanicznej. Galwaniczne ogniwo voltaiczne składa się z dwóch metali, takich jak miedź i cynk, umieszczonych bardzo blisko siebie. Ten zunifikowany kawałek jest następnie pokrywany słoną wodą, co powoduje reakcję elektrochemiczną. Kluczem do reakcji jest fakt, że metal zawiera kationy, jony z większą ilością protonów niż elektronów. Kationy reagują z wodą, która zawiera aniony, jony z większą ilością elektronów niż protonów.

Konieczne jest oddzielenie obu metali niewielką barierą. Wynika to z faktu, że jeden metal powoduje redukcję utleniania w drugim, podczas gdy drugi metal zwiększa utlenianie. Reakcja między kationami i anionami powoduje wymianę elektronów, a tym samym wytwarzanie elektryczności.

Kiedy kilka galwanicznych ogniw galwanicznych jest umieszczonych w szeregu, określa się to jako stos woltowy. Naprzemiennie dwa metale z jakąś barierą elektrolitową mogą spowodować reakcję elektrochemiczną. Jeśli dwa końce stosu woltowego są połączone, powstaje prąd elektryczny, który można następnie wykorzystać do zasilania innych urządzeń w postaci baterii.

Jednym z efektów ubocznych reakcji voltaicznej jest korozja. Z powodu ciągłej reakcji chemicznej wymiana elektronów ostatecznie powoduje degradację metali. Właśnie dlatego bateria w końcu zużywa się, a nie trwa wiecznie.

Wykorzystanie ogniwa voltaicznego wydaje się sięgać czasów starożytnych wraz z odkryciem baterii Bagdadu w 1936 roku, serii ogniw galwanicznych umieszczonych w dużych słoikach z pierwszych kilku stuleci naszej ery. Jednak dopiero w pracach Luigiego Galvaniego pod koniec XVII wieku technologia akumulatorowa została zmodernizowana. Galvani odkrył, że łącząc miedź i cynk, był w stanie wytworzyć mięśnie w skurczu nogi żaby. Alessandro Volta wziął tę informację i dostosował ją do stosu voltaicznego w 1800 roku.