TORRA CELLER: STRUKTUR OCH FUNKTION - KEMI - 2026

En torr cell är ett batteri vars elektrolytiska medium består av en pasta och inte en lösning. Nämnda pasta har emellertid en viss fuktighetsnivå, och av dessa skäl är den inte strikt torr.

Den lilla mängden vatten räcker för att jonerna rör sig och följaktligen flödet av elektroner inuti cellen.

Källa: Emilian Robert Vicol via Flickr.

Dess enorma fördel jämfört med de första våta batterierna är att eftersom det är en elektrolytisk pasta kan dess innehåll inte spillas. vilket var fallet med våta batterier, som var farligare och känsligare än deras torra motsvarigheter. Med tanke på att det är omöjligt att spilla, hittar den torra cellen användning i många bärbara och mobila enheter.

I den övre bilden finns ett torrt zink-kolbatteri. Mer exakt är det en modern version av Georges Leclanché-stacken. Av allt är det den vanligaste och kanske den enklaste.

Dessa enheter representerar en energisk bekvämlighet på grund av att de har kemisk energi i fickan som kan omvandlas till el; och på detta sätt, inte beroende på eluttag eller energin som levereras av stora kraftverk och deras stora nätverk av torn och kablar.

Torr cellstruktur

Vad är strukturen för en torr cell? På bilden kan du se dess omslag, som inte är mer än en polymerfilm, stål och de två terminalerna vars isolerande brickor sticker framifrån.

Detta är dock bara dess yttre utseende; Inuti den ligger de viktigaste delarna, som garanterar att den fungerar korrekt.

Varje torr cell har sina egna egenskaper, men endast zink-kol-cellen kommer att beaktas, varav en allmän struktur kan beskrivas för alla andra batterier.

Ett batteri förstås som sammanslutningen av två eller flera batterier, och de senare är voltaiska celler, vilket kommer att förklaras i ett framtida avsnitt.

elektroder

Källa: Wikipedia

Den övre bilden visar den inre strukturen hos ett zink-kolbatteri. Oavsett vilken voltacell är, borde det alltid finnas (vanligtvis) två elektroder: en från vilken elektroner avges och den andra som tar emot dem.

Elektroder är elektriskt ledande material, och för att det ska vara ström måste båda ha olika elektronegativiteter.

Till exempel är zink, ett vitt tenn som sluter batteriet, där elektronerna lämnar till den elektriska kretsen (enheten) där den är ansluten.

Å andra sidan är i hela mediet den grafitiska kolelektroden; också nedsänkt i en pasta som består av NH ₄ Cl, ZnCb ₂ och MnO ₂ .

Denna elektrod är den som tar emot elektronerna och notera att den har symbolen '+', vilket innebär att det är den positiva terminalen på batteriet.

terminaler

Som ses ovanför grafitstången i bilden finns det den positiva elektriska terminalen; och nedanför kan den inre zink från vilken elektroner flyter, den negativa terminalen.

Därför är batterierna märkta med '+' eller '-' för att indikera rätt sätt att ansluta dem till enheten och därmed låta det slå på.

Sand och vax

Även om det inte visas är pastan skyddad av en dämpande sand och en vaxtätning som förhindrar att den spills eller kommer i kontakt med stålet under mindre mekaniska stötar eller omrörning.

fungerande

Hur fungerar en torrcell? Till att börja med är det en voltaicell, det vill säga den producerar elektricitet från kemiska reaktioner. Därför inträffar redoxreaktioner inuti celler, där arten får eller förlorar elektroner.

Elektroderna fungerar som en yta som underlättar och möjliggör utvecklingen av dessa reaktioner. Beroende på deras laddningar kan oxidation eller minskning av arten ske.

För att bättre förstå detta förklaras endast de kemiska aspekterna av zink-kolbatteriet.

Zinkelektrodoxidation

Så snart den elektroniska enheten slås på släpper batteriet elektroner genom att oxidera zinkelektroden. Detta kan representeras av följande kemiska ekvation:

Zn => Zn ²⁺ + 2e ^-

Om det finns mycket Zn ^{2+ som} omger metallen, kommer en positiv laddningsförspänning att inträffa, så det kommer inte att bli någon ytterligare oxidation. Därför måste Zn ²⁺ diffundera genom pastan mot katoden, där elektronerna kommer in igen.

När elektronerna har aktiverat artefakten återgår de till den andra elektroden: grafiten, för att hitta några kemiska arter som ”väntar” på den.

Ammoniumkloridreduktion

Som tidigare nämnts, finns det NH ₄ Cl och MnO ₂ i pasta , ämnen som gör dess pH surt. Så snart elektronerna kommer in kommer följande reaktioner att inträffa:

2NH ₄ ⁺ + 2e ^- => 2NH ₃ + H ₂

De två produkterna, ammoniak och molekylärt väte, NH ₃ och H ₂ , är gaser, och kan därför "svälla" batteriet om de inte genomgår andra transformationer; såsom följande två:

Zn ²⁺ + 4NH ₃ => ²⁺

H ₂ + 2MnO ₂ => 2MnO (OH)

Notera att ammoniak reducerades (vunnits elektroner) att bli NH ₃ . Dessa gaser neutraliserades sedan av de andra komponenterna i pastan.

²⁺ -komplexet underlättar diffusionen av Zn 2 ⁺ -jonerna mot katoden och förhindrar således att cellen "stannar".

Enhetens externa krets fungerar som en bro för elektronerna; annars skulle det aldrig finnas en direkt koppling mellan zinkburk och grafitelektroden. I bilden av strukturen skulle denna krets representera den svarta kabeln.

Ladda ner

Torra celler finns i många varianter, storlekar och arbetsspänningar. Vissa av dem är inte laddningsbara (primära voltceller), medan andra är (sekundära voltaceller).

Zink-kolbatteriet har en arbetsspänning på 1,5 V. Deras former förändras baserat på deras elektroder och sammansättningen av deras elektrolyter.

Det kommer att komma en punkt där all elektrolyt har reagerat, och oavsett hur mycket zinket oxiderar kommer det inte att finnas några arter som tar emot elektronerna och främjar deras frigöring.

Vidare kan det vara fallet där de bildade gaserna inte längre neutraliseras och förblir utövar tryck inuti cellerna.

Zink-kolbatterier och andra batterier som inte är uppladdningsbara måste återvinnas. eftersom dess komponenter, särskilt om det är nickel-kadmium, är skadliga för miljön genom förorenande jordar och vatten.

referenser

1. Shiver & Atkins. (2008). Oorganisk kemi. (Fjärde upplagan). Mc Graw Hill.
2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemi. (8: e upplagan). CENGAGE Learning.
3. "Torrcell" -batteriet. Återställd från: makahiki.kcc.hawaii.edu
4. Hoffman S. (10 december 2014). Vad är ett torrcellbatteri? Återställs från: upsbatterycenter.com
5. Weed, Geoffrey. (24 april 2017). Hur fungerar torra batterier? Sciencing. Återställd från: sciencing.com
6. Woodford, Chris. (2016) Batterier. Återställs från: declarthatstuff.com.