Struktura i działanie suchej komórki

Jeden sucha cela jest to bateria, której medium elektrolityczne składa się z pasty, a nie roztworu. Ta pasta ma jednak pewien poziom wilgotności iz tych powodów nie jest całkowicie sucha.

Mała ilość wody jest wystarczająca, aby jony mogły się poruszać, a tym samym 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 delikatne niż ich suche odpowiedniki. Biorąc pod uwagę niemożliwość wycieków, sucha cela znajduje zastosowanie w urządzeniach przenośnych i mobilnych.

Na obrazku powyżej masz suchy akumulator cynkowo-węglowy. 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; w ten sposób nie zależy od prądu lub mocy dostarczanej przez duże elektrownie i rozległą sieć wież i kabli.

Indeks

• 1 Struktura suchej komórki
  • 1.1 Elektrody
  • 1.2 Terminale
  • 1.3 Piasek i wosk
• 2 Działanie
  • 2.1 Utlenianie elektrody cynkowej
  • 2.2 Redukcja chlorku amonu
  • 2.3 Pobieranie
• 3 referencje

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.

Jest to jednak tylko wygląd zewnętrzny; w jego wnętrzu znajdują się najważniejsze części, które zapewniają jego prawidłowe funkcjonowanie.

Każda sucha komórka 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 następnej sekcji.

Elektrody

Wewnętrzna struktura baterii cynkowo-węglowej jest pokazana na górnym obrazie. Bez względu na to, jaka jest komórka woltowa, zawsze powinny być (zwykle) dwie elektrody: jedna, z której uwalniane są elektrony, a 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), w którym się łączą.

Z drugiej strony w całym medium jest grafitowa elektroda węglowa; również zanurzony w paście składającej się z NH₄Cl, ZnCl₂ i MnO₂.

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 cynkowej, z której płyną elektrony, 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 amortyzującym piaskiem i woskową uszczelką, która zapobiega jej rozlaniu lub zetknięciu ze stalą w przypadku niewielkich uderzeń mechanicznych lub wstrząsów..

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, wyjaśnimy tylko aspekty chemiczne, które otacza stos cynkowo-węglowy.

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⁺ otaczając metal, nastąpi dodatnia polaryzacja ładunku, więc nie będzie dalszego utleniania. Dlatego Zn²⁺ musi przeniknąć przez pastę do katody, gdzie powrócą elektrony.

Po aktywacji artefaktu elektrony powracają na drugą elektrodę: grafitową, aby znaleźć jakieś chemiczne związki „czekające na nią”.

Redukcja chlorku amonu

Jak wspomniano powyżej, w makaronie znajduje się NH₄Cl i MnO₂, substancje, które powodują kwaśność ich pH. Gdy tylko elektrony wejdą, wystąpią następujące reakcje:

2NH₄⁺ + 2e^- => 2NH₃ + H₂

Dwa produkty, amoniak i wodór cząsteczkowy, NH₃ i H₂, są to gazy i dlatego mogą „nadmuchać” stos, jeśli nie ulegną innym przekształceniom; jak na przykład następujące dwa:

Zn²⁺ + 4NH₃ => [Zn (NH₃)₄]²⁺

H₂ + 2MnO₂ => 2MnO (OH)

Zauważ, że amon został zredukowany (zyskał elektrony), by stać się NH₃. Następnie gazy te zostały zneutralizowane przez inne składniki pasty.

Kompleks [Zn (NH₃)₄]²⁺ ułatwia dyfuzję jonów Zn²⁺ w kierunku katody i tym samym zapobiec „zatrzymaniu” baterii.

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 wspomniany obwód reprezentowałby 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 są (wtórne ogniwa galwaniczne).

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

Nadejdzie moment, w którym cały elektrolit zareagował i bez względu na to, ile cynku jest utleniony, nie będzie gatunków, które przyjmą elektrony i będą promować ich uwalnianie.

Ponadto może to być przypadek, w którym powstające gazy nie są już neutralizowane i pozostają pod ciśnieniem 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 poprzez zanieczyszczenie gleb i wód.

Referencje

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