Trockenzelle: Struktur und Funktionsweise
Eine Trockenzelle ist eine Batterie, deren Elektrolytmedium aus einer Paste und nicht aus einer Lösung besteht. Die Paste hat jedoch einen bestimmten Feuchtigkeitsgrad und ist aus solchen Gründen nicht streng trocken.
Die geringe Menge Wasser reicht aus, um die Ionen und damit den Elektronenfluss im Inneren des Stapels zu bewegen.
Sein enormer Vorteil gegenüber den ersten nassen Pfählen besteht darin, dass sein Inhalt nicht verschüttet werden kann, da es sich um eine Elektrolytpaste handelt. Dies geschah mit nassen Batterien, die gefährlicher und empfindlicher waren als ihre trockenen Kollegen. In Anbetracht der Unmöglichkeit von Verschüttungen findet die Trockenzelle Verwendung in zahlreichen tragbaren und mobilen Geräten.
Im Bild oben haben Sie eine trockene Zink-Kohle-Batterie. Genauer gesagt handelt es sich um eine moderne Version des Georges Leclanché-Stapels. Von allen ist es das allgemeinste und möglicherweise das einfachste.
Diese Geräte stellen einen Energiekomfort dar, da Sie chemische Energie in Ihrer Tasche haben, die in Elektrizität umgewandelt werden kann. und auf diese Weise nicht auf Stromverbindungen oder die Energie angewiesen zu sein, die von den großen Kraftwerken und ihrem großen Netz von Türmen und Kabeln geliefert wird.
Trockenzellenstruktur
Wie ist die Struktur einer Trockenzelle? Auf dem Bild sehen Sie die Abdeckung, die nichts anderes als eine Polymerfolie ist, Stahl, und die beiden Klemmen, deren Isolierscheiben von vorne herausragen.
Dies ist jedoch nur sein äußeres Erscheinungsbild; In seinem Inneren befinden sich die wichtigsten Teile, die für ein einwandfreies Funktionieren sorgen.
Jede Trockenzelle hat ihre eigenen Eigenschaften, es wird jedoch nur die Zink-Kohle-Batterie berücksichtigt, aus der eine allgemeine Struktur für alle anderen Batterien abgeleitet werden kann.
Die Batterie von zwei oder mehr Batterien wird als Batterie verstanden, und letztere sind Voltaic-Zellen, wie in einem nächsten Abschnitt erläutert wird.
Elektroden
Die interne Struktur einer Zink-Kohle-Batterie ist im oberen Bild dargestellt. Unabhängig davon, was die Volta-Zelle ist, müssen (normalerweise) immer zwei Elektroden vorhanden sein: eine, von der Elektronen freigesetzt werden, und eine, die sie empfängt.
Die Elektroden sind leitende Elektrizitätsmaterialien, und damit Strom fließt, müssen beide unterschiedliche Elektronegativitäten aufweisen.
In dem Zink, dem weißen Zinn, das die Batterie umgibt, wandern die Elektronen zum Stromkreis (Gerät), an dem sie angeschlossen sind.
Andererseits befindet sich im gesamten Medium die Graphit-Kohlenstoffelektrode; Auch eingetaucht in eine Paste aus NH 4 Cl, ZnCl 2 und MnO 2 .
Diese Elektrode empfängt die Elektronen und weist das Symbol '+' auf, was bedeutet, dass es sich um den Pluspol der Batterie handelt.
Terminals
Wie über dem Graphitstab im Bild zu sehen ist, befindet sich dort der positive elektrische Anschluss; und unten aus der internen Zinkdose, in die die Elektronen fließen, den negativen Anschluss.
Aus diesem Grund tragen die Batterien die Zeichen "+" oder "-", um anzuzeigen, wie sie richtig an das Gerät angeschlossen und eingeschaltet werden können.
Sand und Wachs
Obwohl es nicht gezeigt ist, ist die Paste durch einen Puffersand und eine Wachssiegelung geschützt, die bei leichten mechanischen Stößen oder Bewegung das Verschütten oder Inkontaktbringen mit dem Stahl verhindert.
Bedienung
Wie funktioniert eine Trockenzelle? Zunächst ist es eine voltaische Zelle, das heißt, sie erzeugt Elektrizität aus chemischen Reaktionen. Daher treten Redoxreaktionen in Haufen auf, in denen Spezies Elektronen gewinnen oder verlieren.
Die Elektroden dienen als Oberfläche, die die Entwicklung dieser Reaktionen erleichtert und ermöglicht. Je nach Belastung kann es zu einer Oxidation oder Reduktion der Spezies kommen.
Zum besseren Verständnis werden nur die chemischen Aspekte der Zink-Kohle-Batterie erläutert.
Oxidation der Zinkelektrode
Sobald das elektronische Gerät eingeschaltet wird, setzt die Batterie Elektronen frei, indem sie die Zinkelektrode oxidiert. Dies kann durch die folgende chemische Gleichung dargestellt werden:
Zn => Zn2 + + 2e-
Wenn das Metall von viel Zn2 + umgeben ist, tritt eine positive Ladungspolarisation auf, sodass keine weitere Oxidation stattfindet. Daher muss Zn2 + durch die Paste zur Kathode diffundieren, wo die Elektronen zurückkehren.
Sobald die Elektronen die Vorrichtung aktiviert haben, kehren sie zu der anderen Elektrode zurück: der von Graphit, um chemische Spezies zu finden, die "darauf warten".
Reduktion von Ammoniumchlorid
Wie oben erwähnt, enthält die Paste NH 4 Cl und MnO 2, Substanzen, die ihren sauren pH-Wert verändern. Sobald die Elektronen eintreten, treten folgende Reaktionen auf:
2NH 4 + + 2e- => 2NH 3 + H 2
Die beiden Produkte Ammoniak und molekularer Wasserstoff, NH 3 und H 2, sind Gase und können daher den Stapel "quellen", wenn sie keine anderen Umwandlungen erfahren; wie zum Beispiel die folgenden zwei:
Zn 2+ + 4 NH 3 => [Zn (NH 3 ) 4 ] 2+
H 2 + 2MnO 2 => 2MnO (OH)
Es ist zu beachten, dass Ammonium reduziert wurde (Elektronen gewonnen), um NH 3 zu werden . Als nächstes wurden diese Gase durch die anderen Bestandteile der Paste neutralisiert.
Der Komplex [Zn (NH 3 ) 4 ] 2+ erleichtert die Diffusion der Zn 2+ -Ionen zur Kathode und verhindert so das "Stoppen" der Zelle.
Der externe Stromkreis des Geräts fungiert als Brücke für Elektronen. Andernfalls würde es niemals eine direkte Verbindung zwischen der Zinkdose und der Graphitelektrode geben. Im Bild der Struktur würde diese Schaltung das schwarze Kabel darstellen.
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Trockenbatterien haben viele Varianten, Größen und Betriebsspannungen. Einige von ihnen sind nicht wiederaufladbar (Primärvoltazellen), während andere dies tun (Sekundärvoltazellen).
Die Zink-Kohle-Batterie hat eine Arbeitsspannung von 1, 5V. Ihre Formen ändern sich in Abhängigkeit von ihren Elektroden und der Zusammensetzung ihrer Elektrolyte.
Es wird einen Punkt geben, an dem der gesamte Elektrolyt reagiert hat und egal wie viel Zink oxidiert wird, es wird keine Spezies geben, die die Elektronen aufnimmt und deren Freisetzung fördert.
Darüber hinaus kann es vorkommen, dass die entstehenden Gase nicht mehr neutralisiert werden und im Inneren der Pfähle Druck ausüben.
Zink-Kohle-Batterien und andere nicht wiederaufladbare Batterien müssen recycelt werden. denn seine Bestandteile, insbesondere wenn es sich um Nickel-Cadmium handelt, sind umweltschädlich, indem sie Böden und Gewässer kontaminieren.
