SUHA CELICA: ZGRADBA IN FUNKCIJA - KEMIJA - 2026

Suha celica je baterija katerega elektrolitska medij sestoji iz paste in ne rešitev. Omenjena pasta pa ima določeno stopnjo vlažnosti in zaradi tega ni strogo suha.

Majhna količina vode zadostuje, da se ioni premikajo in posledično tok elektronov znotraj celice.

Vir: Emilian Robert Vicol prek Flickr.

Njegova velika prednost pred prvimi mokrimi baterijami je, da zaradi elektrolitske paste ni mogoče razliti njegove vsebine; to je bilo pri mokrih baterijah, ki so bile bolj nevarne in občutljive od svojih suhih kolegic. Glede na nemogoče razlitje suhe celice najdejo uporabo v številnih prenosnih in mobilnih napravah.

Na zgornji sliki je suha cink-ogljikova baterija. Natančneje, gre za sodobno različico sklada Georges Leclanché. Od vseh je najpogostejši in morda najpreprostejši.

Te naprave predstavljajo energijsko udobje, ker imajo v žepu kemično energijo, ki se lahko pretvori v električno energijo; in na ta način, ne odvisno od električnih vtičnic ali energije, ki jo napajajo velike elektrarne in njihova obsežna mreža stolpov in kablov.

Suha celična struktura

Kakšna je struktura suhe celice? Na sliki vidite njen pokrov, ki ni nič drugega kot polimerni film, jeklo in oba terminala, katerih izolacijske podložke štrlijo od spredaj.

Vendar je to le njen zunanji videz; V notranjosti so njeni najpomembnejši deli, ki zagotavljajo njegovo pravilno delovanje.

Vsaka suha celica bo imela svoje značilnosti, upoštevali pa bomo le celico s cinkom-ogljikom, katere splošna struktura je mogoče poudariti za vse druge baterije.

Akumulator se razume kot združitev dveh ali več baterij, slednje pa so voltaične celice, kot bo razloženo v prihodnjem razdelku.

Elektrode

Vir: Wikipedia

Zgornja slika prikazuje notranjo strukturo cink-ogljikove baterije. Ne glede na to, kakšna je voltaična celica, morata biti vedno (običajno) dve elektrodi: ena, iz katere se oddajajo elektroni, in druga, ki jih sprejme.

Elektrode so električno prevodni materiali in za tok morata imeti obe različno elektronegativnost.

Na primer, cink, bela kositra, ki obdaja baterijo, je tam, kjer elektroni zapustijo električni tokokrog (napravo), kjer je priključen.

Po drugi strani je v celotnem mediju grafitna ogljikova elektroda; potopi tudi v obliki paste, ki ga sestavljajo NH ₄ Cl, ZnC ₂ in MnO ₂ .

Ta elektroda je tista, ki sprejema elektrone, in upoštevajte, da ima simbol "+", kar pomeni, da je pozitiven terminal akumulatorja.

Terminali

Kot je prikazano zgoraj na grafitni palici, je pozitivni električni terminal; in spodaj, notranja pločevina cinka, iz katere odtekajo elektroni, negativni terminal.

Zato so baterije označene z "+" ali "-", da nakazujejo pravilen način, kako jih povezati z napravo in s tem omogočiti vklop.

Pesek in vosek

Čeprav ni prikazano, je pasta zaščitena z blažilnim peskom in voščenim tesnilom, ki preprečuje razlitje ali stik z jeklom pod manjšimi mehanskimi vplivi ali mešanjem.

Delovanje

Kako deluje suha celica? Za začetek gre za voltajsko celico, torej proizvaja električno energijo iz kemičnih reakcij. Zato se znotraj celic pojavijo redoks reakcije, pri katerih vrsta pridobi ali izgubi elektrone.

Elektrode služijo kot površina, ki olajša in omogoča razvoj teh reakcij. Glede na naboje lahko pride do oksidacije ali zmanjšanja vrste.

Za boljše razumevanje tega bodo pojasnjeni le kemijski vidiki cinkovo-ogljikove baterije.

Oksidacija cinkove elektrode

Takoj, ko je elektronska naprava vklopljena, baterija sprosti elektrone z oksidacijo cinkove elektrode. To je lahko predstavljeno z naslednjo kemijsko enačbo:

Zn => Zn ²⁺ + 2e ^-

Če je okoli kovine veliko Zn ²⁺ , pride do pozitivne pristranskosti naboja, tako da nadaljnje oksidacije ne bo. Zato mora Zn ²⁺ skozi pasto difundirati proti katodi, kjer bodo elektroni vstopili nazaj.

Ko so elektroni aktivirali artefakt, se vrnejo k drugi elektrodi: grafitni in najdejo nekatere kemične vrste, ki jih čakajo.

Zmanjšanje amonijevega klorida

Kot smo že omenili, v testeninah obstajajo NH ₄ Cl in MnO ₂ , snovi, zaradi katerih je pH njen kisel. Takoj ko vstopijo elektroni, se bodo pojavile naslednje reakcije:

2NH ₄ ⁺ + 2e ^- => 2NH ₃ + H ₂

Oba proizvoda, amoniak in molekularna vodik, NH ₃ in H ₂ , so plini, in se zato lahko "nabreknejo" baterija, če niso bile druge transformacije; kot sta naslednja dva:

Zn ²⁺ + 4NH ₃ => ²⁺

H ₂ + 2MnO ₂ => 2MnO (OH)

Upoštevajte, da je bil amoniak zmanjšana (pridobljene elektronov), da postane NH ₃ . Te pline so nato nevtralizirali drugi sestavni deli paste.

Kompleks ²⁺ olajša difuzijo ionov Zn ²⁺ proti katodi in s tem prepreči, da bi celica "zastala".

Zunanje vezje naprave deluje kot most za elektrone; sicer nikoli ne bi bilo neposredne povezave med pločevinko cinka in grafitno elektrodo. Na sliki strukture bi to vezje predstavljalo črni kabel.

Prenesi

Suhe celice so na voljo v različnih variantah, velikostih in delovnih napetostih. Nekateri od njih niso polnilni (primarne voltajske celice), drugi pa (sekundarne voltaične celice).

Cink-ogljikova baterija ima delovno napetost 1,5 V. Njihove oblike se spreminjajo glede na njihove elektrode in sestavo njihovih elektrolitov.

Prišel bo trenutek, ko bo reagiral ves elektrolit, in ne glede na to, koliko cinka oksidira, ne bo nobene vrste, ki bi sprejela elektrone in pospešila njihovo sproščanje.

Poleg tega se lahko zgodi, da nastali plini niso več nevtralizirani in še naprej pritiskajo v celicah.

Cink-ogljikove baterije in druge baterije, ki jih ni mogoče ponovno napolniti, je treba reciklirati; saj njegove sestavine, zlasti nikljevo-kadmijeve sestavine, okolju škodujejo tla in vode.

Reference

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganska kemija. (Četrta izdaja). Mc Graw Hill.
2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemija. (8. izd.). CENGAGE Učenje.
3. Baterija "Dry-Cell". Pridobljeno: makahiki.kcc.hawaii.edu
4. Hoffman S. (10. december 2014). Kaj je suha celica? Pridobljeno: upsbatterycenter.com
5. Plevel, Geoffrey. (24. april 2017). Kako delujejo baterije s suhimi celicami? Sciaching. Pridobljeno: sciaching.com
6. Woodford, Chris. (2016) Baterije. Pridobljeno od: objasniti.