Struktura i funkcja suchych komórek

4192
Charles McCarthy

ZA suche komorki jest to bateria, której medium elektrolityczne składa się z pasty, a nie z roztworu. Jednak ta pasta ma pewien poziom wilgotności iz tego powodu nie jest ściśle sucha..

Niewielka ilość wody wystarcza do przemieszczania się jonów, a tym samym do przepływu elektronów wewnątrz komórki..

Źródło: Emilian Robert Vicol przez Flickr.

Jego ogromna przewaga nad pierwszymi mokrymi akumulatorami polega na tym, że ponieważ jest to pasta elektrolityczna, nie można jej rozlać; co miało miejsce w przypadku mokrych baterii, które były bardziej niebezpieczne i delikatniejsze niż ich suche odpowiedniki. Biorąc pod uwagę niemożność wycieków, suche ogniwo znajduje zastosowanie w wielu urządzeniach przenośnych i mobilnych.

Na powyższym obrazku jest sucha bateria cynkowo-węglowa. Dokładniej, jest to nowoczesna wersja stosu Georgesa Leclanché. Ze wszystkich jest to najczęstsze i być może najprostsze.

Urządzenia te stanowią wygodę energetyczną, ponieważ mają w kieszeni energię chemiczną, którą można przekształcić w energię elektryczną; iw ten sposób nie zależą od gniazdek elektrycznych ani energii dostarczanej przez duże elektrownie i ich rozległą sieć wież i kabli.

Indeks artykułów

  • 1 Struktura suchej komory
    • 1.1 Elektrody
    • 1.2 Zaciski
    • 1.3 Piasek i wosk
  • 2 Obsługa
    • 2.1 Utlenianie elektrody cynkowej
    • 2.2 Redukcja chlorku amonu
    • 2.3 Pobieranie
  • 3 Odnośniki

Sucha struktura komórkowa

Jaka jest struktura suchej komórki? Na zdjęciu widać jego okładkę, która jest niczym innym jak folią polimerową, stalą i dwoma końcówkami, których podkładki izolacyjne wystają z przodu.

Jednak to tylko jego wygląd zewnętrzny; jego najważniejsze części znajdują się wewnątrz, co gwarantuje jego prawidłowe funkcjonowanie.

Każde suche ogniwo będzie miało swoją własną charakterystykę, ale rozważane będzie tylko ogniwo cynkowo-węglowe, którego ogólną strukturę dla wszystkich innych akumulatorów można nakreślić..

Bateria jest rozumiana jako połączenie dwóch lub więcej baterii, a te ostatnie to ogniwa galwaniczne, co zostanie wyjaśnione w przyszłej sekcji..

Elektrody

Źródło: Wikipedia

Górne zdjęcie przedstawia wewnętrzną strukturę baterii cynkowo-węglowej. Bez względu na to, czym jest ogniwo galwaniczne, zawsze (zwykle) powinny być dwie elektrody: jedna, z której wydzielane są elektrony, i druga, która je odbiera..

Elektrody są materiałami przewodzącymi elektryczność i aby istniał prąd, oba muszą mieć różne elektroujemności.

Na przykład cynk, biała puszka otaczająca baterię, to miejsce, w którym elektrony opuszczają obwód elektryczny (urządzenie), do którego są podłączone.

Z drugiej strony w całym ośrodku znajduje się grafitowa elektroda węglowa; również zanurzony w paście złożonej z NH4Cl, ZnCldwa i MnOdwa.

Ta elektroda to ta, która odbiera elektrony i zauważ, że ma symbol `` + '', co oznacza, że ​​jest to biegun dodatni baterii.

Terminale

Jak widać powyżej pręta grafitowego na obrazku, znajduje się dodatni zacisk elektryczny; a poniżej wewnętrzna puszka cynkowa, z której wypływają elektrony, biegun ujemny.

Dlatego na bateriach znajdują się znaki „+” lub „-”, które wskazują prawidłowy sposób podłączenia ich do urządzenia i tym samym umożliwiają jego włączenie..

Piasek i wosk

Chociaż nie pokazano, pasta jest chroniona piaskiem buforowym i uszczelką woskową, która zapobiega jej rozlaniu się lub wejściu w kontakt ze stalą przy niewielkich uderzeniach mechanicznych lub mieszaniu..

Funkcjonowanie

Jak działa sucha komórka? Przede wszystkim jest to ogniwo galwaniczne, czyli generuje energię elektryczną w wyniku reakcji chemicznych. Dlatego w komórkach zachodzą reakcje redoks, w których gatunek zyskuje lub traci elektrony..

Elektrody służą jako powierzchnia ułatwiająca i umożliwiająca rozwój tych reakcji. W zależności od ich ładunku może nastąpić utlenianie lub redukcja gatunków.

Aby lepiej to zrozumieć, wyjaśnione zostaną tylko chemiczne aspekty baterii cynkowo-węglowej..

Utlenianie elektrody cynkowej

Gdy tylko urządzenie elektroniczne zostanie włączone, bateria uwolni elektrony, utleniając elektrodę cynkową. Można to przedstawić za pomocą następującego równania chemicznego:

Zn => Zndwa+ + 2e--

Jeśli jest dużo Zndwa+ wokół metalu nastąpi dodatnia polaryzacja ładunku, więc nie będzie dalszego utleniania. Dlatego Zndwa+ musi dyfundować przez pastę w kierunku katody, gdzie elektrony powrócą.

Kiedy elektrony aktywują artefakt, wracają na drugą elektrodę: grafitową, aby znaleźć jakieś „czekające” związki chemiczne..

Redukcja chlorku amonu

Jak wspomniano wcześniej, w makaronie występuje NH4Cl i MnOdwa, substancje powodujące kwaśne pH. Gdy tylko elektrony wejdą, nastąpią następujące reakcje:

2NH4+ + 2e- => 2 NH3 + H.dwa

Dwa produkty, amoniak i wodór cząsteczkowy, NH3 i Hdwa, są gazami i dlatego mogą „pęcznieć” baterię, jeśli nie ulegną innym przemianom; takie jak następujące dwa:

Zndwa+ + 4NH3 => [Zn (NH3)4]dwa+

H.dwa + 2MnOdwa => 2MnO (OH)

Zauważ, że amoniak został zredukowany (zyskał elektrony), aby stać się NH3. Gazy te zostały następnie zneutralizowane przez inne składniki pasty..

Kompleks [Zn (NH3)4]dwa+ ułatwia dyfuzję jonów Zndwa+ w kierunku katody, zapobiegając w ten sposób „zablokowaniu” akumulatora.

Zewnętrzny obwód artefaktu działa jako mostek dla elektronów; w przeciwnym razie nigdy nie byłoby bezpośredniego połączenia między puszką cynkową a elektrodą grafitową. Na obrazie konstrukcji obwód ten reprezentowałby czarny kabel.

Ściągnij

Suche ogniwa są dostępne w wielu wariantach, rozmiarach i napięciach roboczych. Niektóre z nich nie nadają się do ponownego naładowania (pierwotne ogniwa galwaniczne), podczas gdy inne są (wtórne ogniwa galwaniczne).

Bateria cynkowo-węglowa ma napięcie robocze 1,5 V. Ich kształty zmieniają się w zależności od ich elektrod i składu elektrolitów..

Nadejdzie moment, w którym cały elektrolit przereaguje i bez względu na to, jak bardzo cynk zostanie utleniony, nie będzie żadnych gatunków, które przyjmą elektrony i sprzyjają ich uwalnianiu..

Ponadto może się zdarzyć, że powstałe gazy nie są już neutralizowane i nadal wywierają ciśnienie wewnątrz akumulatorów..

Baterie cynkowo-węglowe i inne baterie, których nie można ładować, należy poddać recyklingowi; ponieważ jego składniki, zwłaszcza niklowo-kadmowe, są szkodliwe dla środowiska, zanieczyszczając gleby i wody.

Bibliografia

  1. Shiver & Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna. (Czwarta edycja). Mc Graw Hill.
  2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemia. (8th ed.). CENGAGE Learning.
  3. Bateria „Dry-Cell”. Odzyskany z: makahiki.kcc.hawaii.edu
  4. Hoffman S. (10 grudnia 2014). Co to jest bateria z suchymi ogniwami? Odzyskany z: upsbatterycenter.com
  5. Weed, Geoffrey. (24 kwietnia 2017). Jak działają baterie z suchymi ogniwami? Nauka. Odzyskany z: sciencing.com
  6. Woodford, Chris. (2016) Baterie. Odzyskany z: objaśnienia.

Jeszcze bez komentarzy