Sausas elementas: struktūra ir veikimas

Sausas elementas yra akumuliatorius, kurio elektrolitinė terpė susideda iš pastos, o ne tirpalo. Tačiau minėta pasta turi tam tikrą drėgmės lygį, todėl dėl to ji nėra visiškai sausa.

Mažas vandens kiekis yra pakankamas, kad jonai galėtų judėti, taigi ir elektronų srautas krūvoje.

Jo didžiulis pranašumas, palyginti su pirmosiomis drėgnomis poliais, yra tai, kad, kadangi tai elektrolitinė pasta, jo turinys negali būti išsiliejęs; kažkas, kas atsitiko su šlapiomis baterijomis, kurios buvo pavojingesnės ir subtilesnės nei jų sausos spalvos. Atsižvelgiant į neįmanoma išsiliejimą, sausas elementas suranda naudojimą nešiojamuose ir mobiliuosiuose įrenginiuose.

Viršutiniame paveikslėlyje turite sausą cinko ir anglies akumuliatorių. Tiksliau sakant, tai moderni „Georges Leclanché“ kamino versija. Iš visų tai yra labiausiai paplitusi ir galbūt paprasčiausia.

Šie prietaisai yra energijos komfortas, nes jūsų kišenėje cheminė energija gali būti transformuojama į elektros energiją; ir tokiu būdu nepriklausyti nuo dabartinių jungčių ar energijos, kurią tiekia didžiosios elektrinės ir jų didžiulis bokštų ir kabelių tinklas.

Sausųjų ląstelių struktūra

Kokia yra sauso elemento struktūra? Vaizde galite pamatyti jo dangtelį, kuris yra ne tik polimerinė plėvelė, plienas, bet ir du gnybtai, kurių izoliacinės poveržlės išsikiša iš priekio.

Tačiau tai tik jo išorinė išvaizda; jos viduje yra svarbiausios jos dalys, užtikrinančios tinkamą jo veikimą.

Kiekvienas sausas elementas turi savo charakteristikas, tačiau bus atsižvelgta tik į cinko-anglies bateriją, iš kurios galima schemuoti bendrą visų kitų baterijų struktūrą.

Dviejų ar daugiau baterijų baterija suprantama kaip akumuliatorius, o pastarosios yra volatinės ląstelės, kaip bus paaiškinta kitame skyriuje.

Elektrodai

Viršutiniame paveikslėlyje parodyta cinko ir anglies akumuliatoriaus vidinė struktūra. Nesvarbu, kokia yra voltaicinė ląstelė, visada turi būti (paprastai) du elektrodai: vienas, iš kurio atleidžiami elektronai, ir kitas, kuris juos gauna.

Elektrodai yra elektros laidžios medžiagos, ir norint, kad jos būtų srovės, turi būti skirtingi elektronegatyvumai.

Pavyzdžiui, cinko, baltos skardos, kuri užima bateriją, yra tas, kur elektronai išvyksta į elektros grandinę (įrenginį), kur jis yra prijungtas.

Kita vertus, visoje terpėje yra grafito anglies elektrodas; Taip pat panardintas į pastą, susidedančią iš NH4Cl, ZnCl2 ir MnO2.

Šis elektrodas yra tas, kuris gauna elektronus, ir pastebi, kad jis turi simbolį „+“, o tai reiškia, kad tai yra teigiamas baterijos gnybtas.

Terminalai

Kaip matyti virš grafito strypo vaizde, yra teigiamas elektros terminalas; ir žemiau, iš vidinio cinko gali, kur elektronai teka, neigiamas terminalas.

Štai kodėl baterijos turi „+“ arba „-“ ženklus, kad būtų parodytas teisingas būdas juos prijungti prie prietaiso ir taip leisti jį įjungti.

Smėlis ir vaškas

Nors ji nėra parodyta, pasta yra apsaugota buferiniu smėliu ir vaško antspaudu, kuris užkerta kelią nedideliam mechaniniam poveikiui arba maišymui, išsiliejimui arba sąlyčiui su plienu.

Veikimas

Kaip veikia sausas elementas? Pirmiausia, tai yra voltaic ląstelė, ty ji gamina elektros energiją iš cheminių reakcijų. Todėl pernelyg didelės reakcijos atsiranda polių viduje, kur rūšys įgyja arba praranda elektronus.

Elektrodai tarnauja kaip paviršius, kuris palengvina ir leidžia plėtoti šias reakcijas. Priklausomai nuo jų apkrovų, gali atsirasti oksidacija arba rūšies sumažėjimas.

Siekiant geriau suprasti, bus paaiškinti tik cinko-anglies baterijos cheminiai aspektai.

Cinko elektrodo oksidavimas

Kai tik įjungiamas elektroninis įrenginys, baterija išsiskiria elektronais oksiduojant cinko elektrodą. Tai galima apibūdinti pagal šią cheminę lygtį:

Zn => Zn2 + + 2–

Jei yra daug metalų supančio Zn2 +, atsiranda teigiamas įkrovos poliarizacija, todėl nebebus oksiduojama. Todėl Zn2 + turi pasiskirstyti per pasta į katodą, kur elektronai sugrįš.

Elektronai, kai tik suaktyvino prietaisą, grįžta į kitą elektrodą - grafito -, kad surastų chemines rūšis, kurios „laukia“.

Amonio chlorido sumažinimas

Kaip nurodyta pirmiau, pastoje yra NH4Cl ir MnO 2, medžiagos, kurios paverčia jų rūgštų pH. Kai tik elektronai pateks, pasirodys šios reakcijos:

2NH4 + + 2e => 2NH3 + H2

Du produktai - amoniakas ir molekulinis vandenilis, NH3 ir H2 - yra dujos, todėl jie gali „išpūsti“ krūvą, jei jie nekeičia kitų transformacijų; pavyzdžiui, du tokie:

Zn2 + + 4NH3 => [Zn (NH3) 4 ] 2+

H2 + 2MnO2 => 2MO (OH)

Atkreipkite dėmesį, kad amonio kiekis sumažėjo (gauti elektronai), kad taptų NH3. Toliau šios dujos neutralizuotos kitų pastos komponentų.

Kompleksas [Zn (NH3) 4 ] 2+ palengvina Zn 2+ jonų difuziją link katodo ir taip neleidžia ląstelei „sustoti“.

Prietaiso išorinė grandinė veikia kaip tiltas elektronams; kitaip niekada nebus tiesioginio ryšio tarp cinko ir grafito elektrodo. Struktūros vaizde ši grandinė atvaizduotų juodąjį kabelį.

Atsisiųsti

Sausos baterijos turi daug variantų, dydžių ir darbinės įtampos. Kai kurie iš jų nėra įkraunami (pirminės voltaicinės ląstelės), o kiti (antrinės voltaicinės ląstelės).

Cinko ir anglies akumuliatoriaus darbinė įtampa yra 1, 5V. Jų formos keičiasi priklausomai nuo jų elektrodų ir jų elektrolitų sudėties.

Ateis taškas, kuriame visi elektrolitai reagavo, ir nesvarbu, kiek cinko oksiduojama, nebus jokių elektronų gavusių rūšių ir skatinančių jų išleidimą.

Be to, tai gali būti atvejis, kai susidariusios dujos nebe neutralizuojamos ir išlieka spaudimu polių viduje.

Cinko-anglies baterijos ir kiti, kurie nėra įkraunami, turi būti perdirbami; kadangi jos komponentai, ypač jei jie yra nikelio-kadmio, yra kenksmingi aplinkai užteršiant dirvožemį ir vandenis.