Pin kẽm-mangan (Zn-MnO2) là loại pin phổ biến trong các thiết bị điện tử do giá thành thấp và an toàn. [đã giải]

Pin kẽm-mangan (Zn-MnO2) là loại pin phổ biến trong các thiết bị điện tử do giá thành thấp và an toàn. Tuy nhiên, loại pin này thường có tuổi thọ ngắn do phản ứng phụ làm giảm hiệu suất hoạt động. Một nhóm học sinh nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ KOH đến hiệu suất và tuổi thọ của pin Zn-MnO2. Thí nghiệm được tiến hành như sau:
• Bước 1: Pha các dung dịch KOH với nồng độ 2M, 6M, 10M.
• Bước 2: Lắp ráp pin Zn-MnO2
– Điện cực cực âm (anode): Dùng tấm kẽm (Zn).
– Điện cực cực dương (cathode): Dùng MnO2 trộn với than hoạt tính và chất kết dính để tạo thành điện cực.
– Nhúng điện cực vào dung dịch KOH tương ứng.
• Bước 3:
– Đo hiệu suất ban đầu, ghi nhận các giá trị vào bảng số liệu.
-Sử dụng máy đo dung lượng pin để tiến hành sạc-xả 50 chu kỳ.Ghi lại dung lượng sau mỗi 10 chu kỳ.
– So sánh dung lượng ban đầu và dung lượng sau 50 chu kỳ.
– Xác định hiệu suất Coulombic (%) của từng mẫu.
– Kiểm tra sự suy giảm hiệu suất do ăn mòn kẽm hoặc hòa tan MnO2.

a) Giả thuyết phù hợp với mục đích và quá trình tiến hành thí nghiệm trên là “Nếu sử dụng chất điện ly kiềm (KOH) có nồng độ tối ưu, thì hiệu suất và tuổi thọ của pin Zn-MnO2 sẽ được cải thiện”.
b) Pin với KOH 6M có hiệu suất cao nhất, dung lượng duy trì tốt sau 50 chu kỳ.
c) Cực âm xảy ra quá trình khử kẽm và cực dương xảy ra quá trình oxi hóa MnO₂.
d) Phản ứng phụ (ăn mòn kẽm khi nồng độ KOH quá cao):
Zn + 2H2O + 2OH− → [Zn(OH)4]2− + H2