- Tør cellestruktur
- Elektroder
- Terminaler
- Sand og voks
- Fungerende
- Zinkelektrodeoxidation
- Ammoniumchloridreduktion
- Hent
- Referencer
En tør celle er et batteri, hvis elektrolytiske medium består af en pasta og ikke en opløsning. Denne pasta har imidlertid et vist fugtighedsniveau, og af disse grunde er den ikke strengt tør.
Den lille mængde vand er nok til, at ionerne kan bevæge sig og følgelig strømmen af elektroner inde i cellen.
Kilde: Emilian Robert Vicol via Flickr.
Dens enorme fordel i forhold til de første våde batterier er, at da det er en elektrolytisk pasta, kan indholdet ikke spildes; hvilket var tilfældet med våde batterier, som var mere farlige og delikate end deres tørre kolleger. I betragtning af umuligheden af spild finder tørcellen anvendelse i mange bærbare og mobile enheder.
I det øverste billede er der et tørt zink-kulstofbatteri. Mere præcist er det en moderne version af Georges Leclanché-stakken. Af alt er det den mest almindelige og måske den enkleste.
Disse enheder repræsenterer en energisk bekvemmelighed på grund af det faktum, at de har kemisk energi i lommen, der kan omdannes til elektricitet; og på denne måde ikke afhængigt af stikkontakter eller den energi, der leveres af store kraftværker og deres store netværk af tårne og kabler.
Tør cellestruktur
Hvad er strukturen i en tør celle? På billedet kan du se dets omslag, der ikke er andet end en polymerfilm, stål og de to klemmer, hvis isolerende skiver stikker ud forfra.
Dette er dog kun dets ydre udseende; Inde i det ligger de vigtigste dele, der garanterer, at det fungerer korrekt.
Hver tørcelle vil have sine egne karakteristika, men kun zink-carboncellen vil blive taget i betragtning, hvoraf en generel struktur kan beskrives for alle andre batterier.
Et batteri forstås som sammenblanding af to eller flere batterier, og sidstnævnte er voltaiske celler, som det vil blive forklaret i et fremtidig afsnit.
Elektroder
Kilde: Wikipedia
Det øverste billede viser den indre struktur i et zink-kulstofbatteri. Uanset hvad den voltaiske celle er, skal der altid være (normalt) to elektroder: den ene, hvorfra elektroner afgives, og den anden, der modtager dem.
Elektroder er elektrisk ledende materialer, og for at der skal være strøm, skal begge have forskellige elektronegativiteter.
For eksempel er zink, et hvidt tin, der lukker batteriet, det sted, hvor elektronerne forlader til det elektriske kredsløb (enhed), hvor det er tilsluttet.
På den anden side i hele mediet er den grafiske carbonelektrode; også nedsænket i en pasta sammensat af NH 4 Cl, ZnC 2 og MnO 2.
Denne elektrode er den, der modtager elektronerne, og bemærk, at den har symbolet '+', hvilket betyder, at det er den positive terminal på batteriet.
Terminaler
Som det ses over grafitstangen på billedet er der den positive elektriske terminal; og nedenfor er den indre zink, hvorfra elektroner strømmer, den negative terminal.
Derfor er batterierne markeret '+' eller '-' for at indikere den rigtige måde at forbinde dem til enheden og således lade den tændes.
Sand og voks
Skønt pastaen ikke er vist, er den beskyttet af et dæmpende sand og en voksforsegling, der forhindrer den i at spildes eller komme i kontakt med stålet under mindre mekaniske påvirkninger eller omrøring.
Fungerende
Hvordan fungerer en tørcelle? Til at begynde med er det en voltaic celle, det vil sige at den genererer elektricitet fra kemiske reaktioner. Derfor forekommer redoxreaktioner inden i celler, hvor arten får eller mister elektroner.
Elektroderne tjener som en overflade, der letter og tillader udvikling af disse reaktioner. Afhængig af deres ladninger kan oxidation eller reduktion af arten forekomme.
For bedre at forstå dette forklares kun de kemiske aspekter af zink-carbon-batteriet.
Zinkelektrodeoxidation
Så snart den elektroniske enhed er tændt, frigiver batteriet elektroner ved at oxidere zinkelektroden. Dette kan repræsenteres ved følgende kemiske ligning:
Zn => Zn 2+ + 2e -
Hvis der er meget Zn 2+ omkring metallet, forekommer positive ladningsforspændinger, så der vil ikke være nogen yderligere oxidation. Derfor skal Zn 2+ diffundere gennem pastaen mod katoden, hvor elektronerne kommer tilbage.
Når elektronerne har aktiveret artefakten, vender de tilbage til den anden elektrode: den grafit, for at finde nogle kemiske arter, der ”venter” på det.
Ammoniumchloridreduktion
Som tidligere nævnt er der NH 4 Cl og MnO 2 i pastaen, stoffer, der gør dens pH sur. Så snart elektronerne kommer ind, forekommer følgende reaktioner:
2NH 4 + + 2e - => 2NH 3 + H 2
De to produkter, ammoniak og molekylært hydrogen, NH 3 og H 2, er gasser, og derfor kan "svulme" batteriet, hvis de ikke er genstand andre omdannelser; såsom følgende to:
Zn 2+ + 4NH 3 => 2+
H 2 + 2MnO 2 => 2MnO (OH)
Bemærk, at ammoniak blev reduceret (opnået elektroner) at blive NH 3. Disse gasser blev derefter neutraliseret af pastaens andre komponenter.
2+ -komplekset letter diffusionen af Zn 2+ -ionerne mod katoden og forhindrer således cellen i at "stoppe".
Enhedens eksterne kredsløb fungerer som en bro for elektronerne; ellers ville der aldrig være en direkte forbindelse mellem zinkboksen og grafitelektroden. På billedet af strukturen repræsenterer dette kredsløb det sorte kabel.
Hent
Tørceller findes i mange varianter, størrelser og arbejdsspændinger. Nogle af dem er ikke genopladelige (primære voltaiske celler), mens andre er (sekundære voltaiske celler).
Zink-carbon-batteriet har en arbejdsspænding på 1,5V. Deres former ændres baseret på deres elektroder og sammensætningen af deres elektrolytter.
Der vil komme et punkt, hvor al elektrolytten har reageret, og uanset hvor meget zinket der oxiderer, vil der ikke være nogen arter, der modtager elektronerne og fremmer deres frigivelse.
Det kan endvidere være tilfældet, hvor de dannede gasser ikke længere neutraliseres og fortsat udøver tryk inde i cellerne.
Zink-carbon-batterier og andre batterier, der ikke er genopladelige, skal genanvendes; da dens komponenter, især hvis det er nikkel-cadmium, er skadelige for miljøet ved forurenende jord og farvande.
Referencer
- Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kemi. (Fjerde udgave). Mc Graw Hill.
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemi. (8. udgave). CENGAGE Læring.
- Batteriet "tør-celle". Gendannes fra: makahiki.kcc.hawaii.edu
- Hoffman S. (10. december 2014). Hvad er et tørcellebatteri? Gendannes fra: upsbatterycenter.com
- Ukrudt, Geoffrey. (24. april 2017). Hvordan fungerer tørcellebatterier? Sciencing. Gendannes fra: sciencing.com
- Woodford, Chris. (2016) Batterier. Gendannet fra:lainthatstuff.com.