Суха клетка: структура и работа
Суха клетка е батерия, чиято електролитна среда се състои от паста, а не разтвор. Споменатата паста, обаче, има определено ниво на влажност и поради такива причини не е напълно суха.
Малкото количество вода е достатъчно за движението на йони и следователно на потока от електрони вътре в купчината.
Неговото огромно предимство пред първите мокри пилоти е, че тъй като е електролитна паста, съдържанието му не може да се разлее; нещо, което се случи с мокри батерии, които бяха по-опасни и деликатни от сухите им колеги. Като се има предвид невъзможността за разливи, сухата клетка намира приложение в брой преносими и мобилни устройства.
На горната снимка имате суха цинк-въглеродна батерия. По-точно, това е модерна версия на стека на Жорж Леклан. От всичко това е най-често срещаният и може би най-простият.
Тези устройства представляват енергиен комфорт, дължащ се на това, че в джоба ви има химическа енергия, която може да се трансформира в електричество; и по този начин да не зависят от настоящите връзки или енергията, доставяна от големите електроцентрали и тяхната огромна мрежа от кули и кабели.
Суха клетъчна структура
Каква е структурата на сухата клетка? На изображението можете да видите нейния капак, който не е нищо повече от полимерен филм, стомана, и двата терминала, чиито изолиращи шайби излизат отпред.
Но това е само външният му вид; в неговия интериор се намират най-важните части, които осигуряват правилното му функциониране.
Всяка суха клетка ще има свои собствени характеристики, но ще се разглежда само цинково-въглеродната батерия, от която може да се схематизира обща структура за всички други батерии.
Батерията от две или повече батерии се разбира като батерия, а последната - с волтажни клетки, както ще бъде обяснено в следващия раздел.
електроди
Вътрешната структура на цинково-въглеродна батерия е показана на горната снимка. Без значение каква е волтажната клетка, винаги трябва да има (обикновено) два електрода: един от които се освобождават електрони и друг, който ги получава.
Електродите са електропроводими материали за електричество и за да има ток, и двете трябва да имат различни електронегативности.
Например, белият цинк, който обхваща батерията, е мястото, където електроните се отклоняват към електрическата верига (устройство), където е свързана.
От друга страна, в цялата среда е графитният въглероден електрод; Също така се потапя в паста, съставена от NH4C1, ZnCl2 и MnO2.
Този електрод е този, който приема електроните и забелязва, че той има символа '+', което означава, че той е положителният терминал на батерията.
терминали
Както се вижда над графитния прът в изображението, има положителен електрически терминал; и по-долу, от вътрешната цинкова кутия, където текат електроните, отрицателния терминал.
Ето защо батериите носят знаци "+" или "-", за да укажат правилния начин за свързването им с устройството и по този начин позволяват да се включи.
Пясък и восък
Въпреки че не е показано, пастата е защитена с буферен пясък и восъчно уплътнение, което предотвратява при леки механични въздействия или разбъркване, разливане или влизане в контакт със стоманата.
операция
Как действа сухата клетка? Първо, това е волтажна клетка, т.е. тя генерира електричество от химични реакции. Ето защо, окислително-редукционните реакции се случват в купчини, където видовете печелят или губят електрони.
Електродите служат като повърхност, която улеснява и позволява развитието на тези реакции. В зависимост от техните натоварвания може да възникне окисление или редукция на вида.
За да се разбере по-добре, ще бъдат обяснени само химическите аспекти на цинково-въглеродната батерия.
Окисляване на цинковия електрод
Веднага щом електронното устройство бъде включено, батерията ще освободи електрони чрез окисляване на цинковия електрод. Това може да бъде представено чрез следното химическо уравнение:
Zn => Zn2 + + 2е-
Ако около метала има много Zn2 +, ще настъпи положителна поляризация на заряда, така че няма да има по-нататъшно окисление. Следователно, Zn2 + трябва да дифундира през пастата към катода, където електроните ще се върнат.
Електроните, след като са активирали устройството, се връщат към другия електрод: този на графита, за да намерят химически видове, които го очакват.
Редукция на амониев хлорид
Както е посочено по-горе, в пастата има NH4C1 и Mn02, вещества, които превръщат тяхното кисело рН. Веднага щом влязат електроните, ще се появят следните реакции:
2NH4 + + 2e- => 2NH3 + H2
Двата продукта, амонякът и молекулярният водород, NH3 и H2, са газове и следователно могат да "набъбнат" купчината, ако не претърпят други трансформации; като например следните две:
Zn2 + + 4NH3 => [Zn (NH3) 4 ] 2+
Н 2 + 2 МпОг => 2MnO (OH)
Забележете, че амониевият оксид е намален (придобит електрони), за да стане NH3. След това тези газове се неутрализират от другите компоненти на пастата.
Комплексът [Zn (NH3) 4 ] 2+ улеснява дифузията на Zn 2+ йони към катода и по този начин предотвратява спирането на клетката.
Външната верига на устройството функционира като мост за електрони; в противен случай никога няма да има директна връзка между цинковата кутия и графитния електрод. В изображението на структурата тази верига ще представлява черния кабел.
изпразване
Сухите батерии имат много варианти, размери и работни напрежения. Някои от тях не са акумулаторни (първични волтови клетки), а други (вторични волтови клетки).
Цинково-въглеродната батерия има работно напрежение 1.5V. Формите им се променят в зависимост от електродите и състава на електролитите.
Ще настъпи момент, в който целият електролит реагира, и без значение колко цинк се окислява, няма да има вид, който да приема електроните и да насърчава тяхното освобождаване.
В допълнение, може да бъде случаят, когато образуваните газове вече не са неутрализирани и остават да упражняват налягане вътре в пилотите.
Цинково-въглеродните батерии и други, които не са акумулаторни, трябва да бъдат рециклирани; тъй като неговите компоненти, особено ако са никел-кадмиеви, са вредни за околната среда чрез замърсяване на почвите и водите.
