निकेल-आयरन सेल में, डिस्चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान निम्नलिखित में से कौन-सा विकल्प कार्य सिद्धांत का सबसे अच्छा वर्णन करता है?

व्याख्या:

निकेल-आयरन सेल डिस्चार्जिंग प्रक्रिया

परिभाषा: निकेल-आयरन (Ni-Fe) सेल, जिसे एडिसन सेल के रूप में भी जाना जाता है, एक प्रकार की रिचार्जेबल बैटरी है जो धनात्मक इलेक्ट्रोड के रूप में निकेल ऑक्साइड हाइड्रॉक्साइड और ऋणात्मक इलेक्ट्रोड के रूप में आयरन का उपयोग करती है। डिस्चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान, विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए दोनों इलेक्ट्रोड पर रासायनिक अभिक्रियाएँ होती हैं।

डिस्चार्जिंग के दौरान कार्य सिद्धांत: निकेल-आयरन सेल में, डिस्चार्जिंग प्रक्रिया में निम्नलिखित विद्युत रासायनिक अभिक्रियाएँ शामिल हैं:

धनात्मक इलेक्ट्रोड (कैथोड) पर, निकेल ऑक्साइड हाइड्रॉक्साइड (NiOOH) का निकेल हाइड्रॉक्साइड (Ni(OH)₂) में अपचयन होता है:
NiOOH + H₂O + e^- → Ni(OH)₂ + OH^-

ऋणात्मक इलेक्ट्रोड (एनोड) पर, आयरन (Fe) का आयरन हाइड्रॉक्साइड (Fe(OH)₂) में ऑक्सीकरण होता है:
Fe + 2OH^- → Fe(OH)₂ + 2e^-

इन अभिक्रियाओं के परिणामस्वरूप बाहरी परिपथ के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह होता है, जिससे विद्युत ऊर्जा उत्पन्न होती है जिसका उपयोग जुड़े उपकरणों द्वारा किया जा सकता है। डिस्चार्ज के दौरान समग्र सेल अभिक्रिया को इस प्रकार संक्षेपित किया जा सकता है:
NiOOH + Fe + H₂O → Ni(OH)₂ + Fe(OH)₂

अनुप्रयोग: निकेल-आयरन सेल आमतौर पर ऑफ-ग्रिड और नवीकरणीय ऊर्जा भंडारण प्रणालियों, आपातकालीन प्रकाश व्यवस्था, रेलवे सिग्नलिंग और अन्य अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाते हैं जहाँ लंबा जीवन और मजबूती महत्वपूर्ण है।

सही विकल्प विश्लेषण:

सही विकल्प है:

विकल्प 2: ऋणात्मक इलेक्ट्रोड पर आयरन का आयरन ऑक्साइड में ऑक्सीकरण होता है, और धनात्मक इलेक्ट्रोड पर निकेल का निकेल हाइड्रॉक्साइड में अपचयन होता है।

यह विकल्प निकेल-आयरन सेल की डिस्चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान होने वाली विद्युत रासायनिक अभिक्रियाओं का सही वर्णन करता है। ऋणात्मक इलेक्ट्रोड पर आयरन ऑक्सीकरण से गुजरता है, जबकि धनात्मक इलेक्ट्रोड पर निकेल ऑक्साइड हाइड्रॉक्साइड अपचयन से गुजरता है, जिससे विद्युत ऊर्जा उत्पन्न होती है।

Additional Information 

विश्लेषण को और समझने के लिए, आइए अन्य विकल्पों का मूल्यांकन करें:

विकल्प 1: धनात्मक इलेक्ट्रोड पर निकेल का धात्विक निकेल में अपचयन होता है, और ऋणात्मक इलेक्ट्रोड पर आयरन हाइड्रॉक्साइड का ऑक्सीकरण होता है।

यह विकल्प गलत है क्योंकि डिस्चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान, निकेल ऑक्साइड हाइड्रॉक्साइड का अपचयन निकेल हाइड्रॉक्साइड में होता है, न कि धात्विक निकेल में। इसके अतिरिक्त, आयरन का ऑक्सीकरण आयरन हाइड्रॉक्साइड में होता है, न कि आयरन हाइड्रॉक्साइड का ऑक्सीकरण।

विकल्प 3: धनात्मक इलेक्ट्रोड पर निकेल हाइड्रॉक्साइड का धात्विक निकेल में अपचयन होता है, और ऋणात्मक इलेक्ट्रोड पर आयरन का ऑक्सीकरण होता है।

यह विकल्प गलत है क्योंकि डिस्चार्जिंग के दौरान निकेल हाइड्रॉक्साइड का अपचयन धात्विक निकेल में नहीं होता है। इसके बजाय, निकेल ऑक्साइड हाइड्रॉक्साइड का अपचयन निकेल हाइड्रॉक्साइड में होता है।

विकल्प 4: ऋणात्मक इलेक्ट्रोड पर आयरन का धात्विक आयरन में अपचयन होता है, और धनात्मक इलेक्ट्रोड पर निकेल हाइड्रॉक्साइड का ऑक्सीकरण होता है।

यह विकल्प गलत है क्योंकि डिस्चार्जिंग के दौरान, आयरन का ऑक्सीकरण आयरन हाइड्रॉक्साइड में होता है, न कि धात्विक आयरन में अपचयन। इसके अतिरिक्त, डिस्चार्जिंग के दौरान निकेल हाइड्रॉक्साइड का ऑक्सीकरण नहीं होता है; इसके बजाय, निकेल ऑक्साइड हाइड्रॉक्साइड का अपचयन निकेल हाइड्रॉक्साइड में होता है।