SAUSA LĄSTELĖ: STRUKTŪRA IR FUNKCIJOS - CHEMIJA - 2025

Sausas ląstelių yra baterija, kurio elektrolitas vidutinės sudaranti pasta, o ne sprendimą. Minėta pasta turi tam tikrą drėgmės lygį ir dėl šių priežasčių nėra griežtai sausa.

Kad jonai judėtų, užtenka nedidelio vandens kiekio ir dėl to elektronų srautas ląstelės viduje.

Šaltinis: Emilian Robert Vicol per Flickr.

Jos didžiulis pranašumas, palyginti su pirmosiomis šlapiomis baterijomis, yra tai, kad tai yra elektrolitinė pasta, todėl jos kiekis negali išsilieti; o tai buvo šlapios baterijos, kurios buvo pavojingesnės ir švelnesnės nei jų sausos dalys. Atsižvelgiant į tai, kad išsiliejimas yra neįmanomas, sausa kamera gali būti naudojama daugelyje nešiojamų ir mobilių prietaisų.

Viršutiniame paveikslėlyje yra sausa cinko-anglies baterija. Tiksliau, tai yra moderni Georges Leclanché kamino versija. Iš visų, tai yra labiausiai paplitusi ir galbūt pati paprasčiausia.

Šie prietaisai yra energingas patogumas dėl to, kad kišenėje yra cheminės energijos, kurią galima paversti elektra; ir tokiu būdu, nepriklausomai nuo elektros lizdų ar energijos, kurią tiekia didelės jėgainės ir jų platus bokštų bei kabelių tinklas.

Sausų ląstelių struktūra

Kokia yra sausos ląstelės struktūra? Paveikslėlyje galite pamatyti jo dangtelį, kuris yra ne kas kita, kaip polimerinė plėvelė, plienas, ir du gnybtai, kurių izoliacinės poveržlės išsikiša iš priekio.

Tačiau tai tik jo išorinė išvaizda; Jo viduje yra svarbiausios jo dalys, garantuojančios tinkamą jo veikimą.

Kiekviena sausa baterija turės savo ypatybes, tačiau bus atsižvelgiama tik į cinko-anglies elementą, kurio bendrą struktūrą galima apibūdinti visoms kitoms baterijoms.

Akumuliatorius suprantamas kaip dviejų ar daugiau akumuliatorių sąjunga, o pastarieji yra voltiniai elementai, kaip bus paaiškinta kitame skyriuje.

Elektrodai

Šaltinis: Vikipedija

Viršutinis paveikslėlis rodo cinko-anglies akumuliatoriaus vidinę struktūrą. Nesvarbu, kokia yra voltatinė ląstelė, visada turėtų būti (paprastai) du elektrodai: vienas, iš kurio atsiskiria elektronai, o kitas, kuris juos priima.

Elektrodai yra elektrai laidžios medžiagos, ir tam, kad būtų srovė, abu turi turėti skirtingą elektronegatyvumą.

Pavyzdžiui, cinkas, balta skarda, uždengianti akumuliatorių, yra ta, kur elektronai išeina į elektros grandinę (įrenginį), kur jis yra prijungtas.

Kita vertus, visoje terpėje yra grafinis anglies elektrodas; taip pat panardintas į pasta, sudaryto iš NH ₄ Cl, ZnCl ₂ ir MnO ₂ .

Šis elektrodas priima elektronus. Atkreipkite dėmesį, kad jis turi simbolį „+“, o tai reiškia, kad tai yra teigiamas akumuliatoriaus gnybtas.

Terminalai

Kaip pavaizduota virš grafito strypo, yra teigiamas elektros gnybtas; ir žemiau, vidinis cinkas, iš kurio teka elektronai, neigiamasis galas.

Štai kodėl baterijos yra pažymėtos „+“ arba „-“, kad būtų nurodytas teisingas būdas jas prijungti prie įrenginio ir tokiu būdu leisti jam įsijungti.

Smėlis ir vaškas

Nors ši pasta neparodyta, ji yra apsaugota su slopinančiu smėliu ir vaško sandarikliu, kuris apsaugo ją nuo išsiliejimo ar liečiantis su plienu, esant nedideliam mechaniniam poveikiui ar sujaukimui.

Veikiantis

Kaip veikia sausa ląstelė? Pirmiausia tai yra voltatinė ląstelė, tai yra, ji gamina elektrą per chemines reakcijas. Todėl ląstelių viduje vyksta redox reakcijos, kai rūšys įgyja arba praranda elektronus.

Elektrodai tarnauja kaip paviršius, palengvinantis ir leidžiantis vystytis šioms reakcijoms. Atsižvelgiant į jų krūvį, rūšys gali oksiduoti ar redukuotis.

Norint geriau tai suprasti, bus paaiškinti tik cheminiai cinko-anglies akumuliatoriaus aspektai.

Cinko elektrodo oksidacija

Kai tik elektroninis prietaisas bus įjungtas, baterija išleis elektronus, oksiduodama cinko elektrodą. Tai galima pavaizduoti šia chemine lygtimi:

Zn => Zn ²⁺ + 2e ^-

Jei aplink metalą yra daug Zn ²⁺ , susidaro teigiamas krūvio poslinkis, taigi tolesnė oksidacija nebus. Todėl Zn ²⁺ turi pasklidėti pastos link katodo, kur elektronai pateks atgal.

Kai elektronai suaktyvina artefaktą, jie grįžta prie kito elektrodo: grafito, kad rastų tam tikras „laukiančias“ chemines rūšis.

Amonio chlorido redukcija

Kaip minėta anksčiau, makaronuose yra NH ₄ Cl ir MnO ₂ - medžiagų, kurios daro jo rūgštingumą pH. Kai tik elektronai įeis, įvyks šios reakcijos:

2NH ₄ ⁺ + 2e ^- => 2NH ₃ + H ₂

Du produktai, amoniakas ir molekulinis vandenilis, NH ₃ ir H ₂ , yra dujos, todėl jie gali „išsipūsti“ akumuliatorių, jei jie neatlieka kitų virsmų; tokius kaip šie du:

Zn ²⁺ + 4NH ₃ => ²⁺

H ₂ + 2MnO ₂ => 2MnO (OH)

Atkreipkite dėmesį, kad amoniakas buvo redukuotas (sukaupti elektronai) ir tapo NH ₃ . Tada šias dujas neutralizavo kiti pastos komponentai.

²⁺ kompleksas palengvina Zn ²⁺ jonų pasiskirstymą katodo link ir taip apsaugo ląstelę nuo „užstrigimo“.

Išorinė prietaiso grandinė veikia kaip tiltas elektronams; priešingu atveju tarp cinko skardinės ir grafito elektrodo niekada nebus tiesioginio ryšio. Struktūros atvaizde ši grandinė vaizduoja juodąjį laidą.

parsisiųsti

Sausų elementų yra įvairių variantų, dydžių ir darbinės įtampos. Kai kurie iš jų nėra įkraunami (pirminės voltatinės ląstelės), kiti - (antriniai voltatiniai elementai).

Cinko-anglies akumuliatoriaus darbinė įtampa yra 1,5 V. Jų formos keičiasi atsižvelgiant į jų elektrodus ir elektrolitų sudėtį.

Ateis laikas, kai visas elektrolitas sureagavo, ir nesvarbu, kiek cinko oksiduojasi, nebus rūšių, kurios priima elektronus ir skatina jų išsiskyrimą.

Be to, taip gali būti, kai susidariusios dujos nebėra neutralizuojamos ir išlieka veikiančios slėgį ląstelių viduje.

Cinko-anglies akumuliatoriai ir kitos neperkraunamos baterijos turi būti perdirbtos; kadangi jo komponentai, ypač nikelio ir kadmio komponentai, yra kenksmingi aplinkai užteršdami dirvožemį ir vandenis.

Nuorodos

1. Šiveris ir Atkinsas. (2008). Neorganinė chemija. (Ketvirtasis leidimas). Mc Graw Hill.
2. Whittenas, Davisas, Peckas ir Stanley. (2008). Chemija. (8-asis leidimas). CENGAGE mokymasis.
3. „Sausų elementų“ baterija. Atgauta iš: makahiki.kcc.hawaii.edu
4. Hoffmanas S. (2014 m. Gruodžio 10 d.). Kas yra sauso elemento baterija? Atkurta iš: upsbatterycenter.com
5. Piktžolė, Geoffrey. (2017 m. Balandžio 24 d.). Kaip veikia sausų elementų baterijos? Mokslas. Atgauta iš: sciencing.com
6. Vudfordas, Chrisas. (2016 m.) Baterijos. Atkurta iš: paaiškinthatstuff.com.