Suche ogniwo: struktura i działanie
Suche ogniwo to bateria, której medium elektrolityczne składa się z pasty, a nie roztworu. Wymieniona pasta ma jednak pewien poziom wilgotności i z takich powodów nie jest całkowicie sucha.
Mała ilość wody jest wystarczająca, aby jony mogły się poruszać, a w konsekwencji przepływ elektronów wewnątrz stosu.
Jego ogromną zaletą w stosunku do pierwszych wilgotnych pali jest to, że ponieważ jest to pasta elektrolityczna, jej zawartość nie może zostać rozlana; coś, co stało się z mokrymi bateriami, które były bardziej niebezpieczne i delikatniejsze niż ich suche odpowiedniki. Biorąc pod uwagę niemożliwość wycieków, sucha cela znajduje zastosowanie w urządzeniach przenośnych i mobilnych.
Na powyższym obrazku znajduje się sucha bateria cynkowo-węglowa. Dokładniej, jest to nowoczesna wersja stosu Georges Leclanché. Ze wszystkich jest najczęstszy i być może najprostszy.
Urządzenia te zapewniają komfort energetyczny dzięki posiadaniu w kieszeni energii chemicznej, którą można przekształcić w energię elektryczną; iw ten sposób nie zależy od bieżących połączeń lub energii dostarczanej przez duże elektrownie i ich rozległą sieć wież i kabli.
Struktura suchej komórki
Jaka jest struktura suchej celi? Na zdjęciu widać jego pokrywę, która jest niczym innym jak folią polimerową, stalą i dwoma zaciskami, których podkładki izolacyjne wystają z przodu.
Jednak jest to tylko jego wygląd zewnętrzny; w jego wnętrzu znajdują się najważniejsze części, które zapewniają jego prawidłowe funkcjonowanie.
Każda sucha cela będzie miała swoją własną charakterystykę, ale tylko bateria cynkowo-węglowa będzie brana pod uwagę, z której można schematować ogólną strukturę dla wszystkich innych baterii.
Akumulator dwóch lub więcej baterii jest rozumiany jako bateria, a te ostatnie są ogniwami woltowymi, co zostanie wyjaśnione w następnym rozdziale.
Elektrody
Wewnętrzna struktura baterii cynkowo-węglowej jest pokazana na górnym obrazie. Bez względu na to, jaka jest komórka woltowa, zawsze muszą być dwie elektrody: jedna, z której uwalniane są elektrony, i druga, która je otrzymuje.
Elektrody są materiałami przewodzącymi elektryczność, a aby mogły być obecne, oba muszą mieć różne elektroujemności.
Na przykład cynk, biała cyna, która otacza baterię, jest miejscem, w którym elektrony odlatują do obwodu elektrycznego (urządzenia), do którego są podłączone.
Z drugiej strony w całym medium jest grafitowa elektroda węglowa; Również zanurzony w paście składającej się z NH 4 Cl, ZnCl 2 i MnO 2 .
Ta elektroda jest tą, która odbiera elektrony i zauważa, że ma symbol „+”, co oznacza, że jest to dodatni biegun baterii.
Terminale
Jak widać powyżej pręta grafitowego na obrazie, znajduje się dodatni zacisk elektryczny; i poniżej, z wewnętrznej puszki cynku, gdzie elektrony płyną, ujemny zacisk.
Dlatego baterie noszą oznaczenia „+” lub „-”, aby wskazać prawidłowy sposób podłączenia ich do urządzenia, a tym samym umożliwić jego włączenie.
Piasek i wosk
Chociaż nie jest to pokazane, pasta jest chroniona przez piasek buforowy i uszczelnienie woskowe, które zapobiega, po niewielkim uderzeniu mechanicznym lub wstrząśnięciu, rozlaniu lub zetknięciu się ze stalą.
Operacja
Jak działa sucha komórka? Po pierwsze, jest to komórka woltowa, to znaczy generuje elektryczność z reakcji chemicznych. Dlatego reakcje redoks zachodzą w stosach, gdzie gatunki zyskują lub tracą elektrony.
Elektrody służą jako powierzchnia, która ułatwia i umożliwia rozwój tych reakcji. W zależności od ich obciążenia może wystąpić utlenianie lub redukcja gatunku.
Aby lepiej to zrozumieć, wyjaśnione zostaną tylko aspekty chemiczne baterii cynkowo-węglowej.
Utlenianie elektrody cynkowej
Gdy tylko urządzenie elektroniczne zostanie włączone, akumulator uwolni elektrony przez utlenienie elektrody cynkowej. Można to przedstawić za pomocą następującego równania chemicznego:
Zn => Zn2 + + 2e-
Jeśli jest dużo Zn2 + otaczającego metal, nastąpi dodatnia polaryzacja ładunku, więc nie będzie dalszego utleniania. Dlatego Zn2 + musi dyfundować przez pastę do katody, gdzie elektrony powrócą.
Po aktywacji urządzenia elektrony powracają do drugiej elektrody: grafitu, aby znaleźć chemiczne związki „czekające na nią”.
Redukcja chlorku amonu
Jak wspomniano powyżej, w paście znajduje się NH 4 Cl i MnO 2, substancje, które zmieniają kwaśne pH. Gdy tylko elektrony wejdą, wystąpią następujące reakcje:
2NH4 + + 2e- => 2NH 3 + H 2
Dwa produkty, amoniak i wodór cząsteczkowy, NH 3 i H2, są gazami i dlatego mogą „pęcznieć” stos, jeśli nie ulegną innym przekształceniom; jak na przykład następujące dwa:
Zn2 + + 4NH 3 => [Zn (NH 3 ) 4 ] 2+
H 2 + 2MnO 2 => 2 MnO (OH)
Zauważ, że amon został zredukowany (zyskał elektrony), by stać się NH 3 . Następnie gazy te zostały zneutralizowane przez inne składniki pasty.
Kompleks [Zn (NH 3 ) 4 ] 2+ ułatwia dyfuzję jonów Zn2 + w kierunku katody, a tym samym zapobiega „zatrzymaniu” komórki.
Zewnętrzny obwód urządzenia działa jak most dla elektronów; w przeciwnym razie nigdy nie byłoby bezpośredniego połączenia między puszką cynkową a elektrodą grafitową. Na obrazie struktury obwód ten przedstawiałby czarny kabel.
Pobierz
Suche baterie mają wiele wariantów, rozmiarów i napięć roboczych. Niektóre z nich nie nadają się do ponownego naładowania (pierwotne ogniwa galwaniczne), podczas gdy inne (ogniwa wtórne).
Bateria cynkowo-węglowa ma napięcie robocze 1, 5V. Ich formy zmieniają się w zależności od elektrod i składu elektrolitów.
Nadejdzie moment, w którym cały elektrolit zareaguje i bez względu na to, ile cynku jest utleniony, nie będzie żadnego gatunku, który odbierze elektrony i będzie sprzyjał ich uwalnianiu.
Ponadto może to być przypadek, w którym powstające gazy nie są już neutralizowane i utrzymują ciśnienie wywierane wewnątrz pali.
Baterie cynkowo-węglowe i inne, które nie nadają się do ponownego ładowania, muszą zostać poddane recyklingowi; ponieważ jego składniki, zwłaszcza jeśli są niklowo-kadmowe, są szkodliwe dla środowiska przez zanieczyszczenie gleb i wód.
