TØRRCELLE: STRUKTUR OG FUNKSJON - KJEMI - 2025

En tørr celle er et batteri hvis elektrolytiske medium består av en lime og ikke en løsning. Nevnte pasta har imidlertid et visst fuktighetsnivå, og av disse grunner er den ikke strengt tørr.

Den lille mengden vann er nok til at ionene kan bevege seg, og følgelig strømmen av elektroner inne i cellen.

Kilde: Emilian Robert Vicol via Flickr.

Den enorme fordelen i forhold til de første våte batteriene er at ettersom det er en elektrolytisk pasta, kan ikke innholdet sølt. som var tilfelle med våte batterier, som var farligere og delikat enn deres tørre kolleger. Med tanke på umuligheten av søl, finner tørrcellen bruk i mange bærbare og mobile enheter.

I det øvre bildet er det et tørt sink-karbonbatteri. Mer nøyaktig er det en moderne versjon av Georges Leclanché-stabelen. Av alt er det den vanligste og kanskje den enkleste.

Disse enhetene representerer en energisk bekvemmelighet på grunn av det faktum at de har kjemisk energi i lommen som kan omdannes til strøm; og på denne måten, ikke avhengig av stikkontakter eller energien som leveres av store kraftverk og deres enorme nettverk av tårn og kabler.

Tørr cellestruktur

Hva er strukturen til en tørr celle? På bildet kan du se dekselet, som ikke er noe annet enn en polymerfilm, stål og de to terminalene hvis isolerende skiver stikker ut foran.

Dette er imidlertid bare dets ytre utseende; Inni i den ligger de viktigste delene, som garanterer at den fungerer korrekt.

Hver tørrcelle vil ha sine egne egenskaper, men bare sink-karboncellen vil bli vurdert, hvorav en generell struktur kan skisseres for alle andre batterier.

Et batteri forstås som sammenblandingen av to eller flere batterier, og de sistnevnte er voltceller, slik det vil bli forklart i en fremtidig seksjon.

elektroder

Kilde: Wikipedia

Det øvre bildet viser den indre strukturen til et sink-karbonbatteri. Uansett hva den voltaiske cellen er, skal det alltid være (vanligvis) to elektroder: en som elektroner gis fra, og den andre som mottar dem.

Elektroder er elektrisk ledende materialer, og for at det skal være strøm, må begge ha forskjellige elektronegativiteter.

For eksempel er sink, et hvitt tinn som lukker batteriet, der elektronene forlater den elektriske kretsen (enheten) der det er tilkoblet.

På den annen side er i hele mediet den grafittiske karbonelektroden; også nedsenket i en pasta bestående av NH _4- Cl, ZnCl ₂ og MnO ₂ .

Denne elektroden er den som mottar elektronene, og legg merke til at den har symbolet '+', noe som betyr at det er den positive terminalen til batteriet.

terminaler

Som sett over grafittstangen i bildet, er det den positive elektriske terminalen; og nedenfor kan den indre sinken fra hvilke elektronene strømmer, den negative terminalen.

Det er grunnen til at batteriene er merket '+' eller '-' for å indikere riktig måte å koble dem til enheten og slik at de kan slå på.

Sand og voks

Selv om den ikke er vist, er pastaen beskyttet av en buffersand og en voksforsegling som forhindrer den i å søle eller komme i kontakt med stålet under mindre mekaniske påvirkninger eller omrøring.

fungerende

Hvordan fungerer en tørrcelle? Til å begynne med er det en voltaisk celle, det vil si at den genererer strøm fra kjemiske reaksjoner. Derfor oppstår redoksreaksjoner inne i celler, der arten får eller mister elektroner.

Elektrodene fungerer som en overflate som letter og tillater utvikling av disse reaksjonene. Avhengig av deres ladninger, kan oksidasjon eller reduksjon av arten skje.

For bedre å forstå dette, vil bare de kjemiske aspektene ved sink-karbonbatteriet bli forklart.

Sinkelektrode oksidasjon

Så snart den elektroniske enheten er slått på, vil batteriet frigjøre elektroner ved å oksidere sinkelektroden. Dette kan representeres av følgende kjemiske ligning:

Zn => Zn ²⁺ + 2e ^-

Hvis det er mye Zn ^{2+ som} omgir metallet, vil det oppstå en positiv ladningsskjevhet, slik at det ikke blir ytterligere oksidasjon. Derfor må Zn ²⁺ diffundere gjennom pastaen mot katoden, der elektronene vil komme tilbake.

Når elektronene har aktivert artefakten, går de tilbake til den andre elektroden: grafitten, for å finne noen kjemiske arter som “venter” på den.

Ammoniumkloridreduksjon

Som tidligere nevnt er det NH ₄ Cl og MnO ₂ i pastaen , stoffer som gjør pH-verdien sur. Så snart elektronene kommer inn, vil følgende reaksjoner oppstå:

2NH ₄ ⁺ + 2e ^- => 2NH ₃ + H ₂

De to produkter, ammoniakk og molekylært hydrogen, NH ₃ og H- ₂ , er gasser, og kan derfor "svelle" batteriet hvis de ikke gjennomgår andre transformasjoner; slik som følgende to:

Zn ²⁺ + 4NH ₃ => ²⁺

H ₂ + 2MnO ₂ => 2MnO (OH)

Merk at ammoniakken ble redusert (fått elektroner) til å bli NH ₃ . Disse gassene ble deretter nøytralisert av de andre komponentene i pastaen.

²⁺ -komplekset letter diffusjonen av Zn ²⁺ -ionene mot katoden og forhindrer dermed at cellen "stopper".

Den eksterne kretsen til enheten fungerer som en bro for elektronene; Ellers ville det aldri være en direkte forbindelse mellom sinkboksen og grafittelektroden. På bildet av strukturen vil denne kretsen representere den svarte kabelen.

nedlasting

Tørre celler kommer i mange varianter, størrelser og arbeidsspenninger. Noen av dem er ikke ladbare (primære voltaiceller), mens andre er (sekundære voltaiske celler).

Sink-karbonbatteriet har en arbeidsspenning på 1,5V. Formene deres endres basert på elektrodene og sammensetningen av deres elektrolytter.

Det vil komme et punkt hvor all elektrolytten har reagert, og uansett hvor mye sink oksiderer, vil det ikke være noen arter som mottar elektronene og fremmer frigjøring av dem.

Videre kan det være tilfelle der de dannede gassene ikke lenger nøytraliseres og forblir å utøve trykk inne i cellene.

Sink-karbonbatterier og andre batterier som ikke er oppladbare, må gjenvinnes; siden komponentene, spesielt nikkel-kadmiumkomponenter, er miljøskadelige ved forurensning av jordsmonn og vann.

referanser

1. Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kjemi. (Fjerde utgave). Mc Graw Hill.
2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kjemi. (8. utg.). CENGAGE Læring.
3. "Dry-Cell" -batteriet. Gjenopprettet fra: makahiki.kcc.hawaii.edu
4. Hoffman S. (10. desember 2014). Hva er et tørrcellebatteri? Gjenopprettet fra: upsbatterycenter.com
5. Luke, Geoffrey. (24. april 2017). Hvordan fungerer tørrcellebatterier? Sciencing. Gjenopprettet fra: sciencing.com
6. Woodford, Chris. (2016) Batterier. Gjenopprettet fra: declarthatstuff.com.