СУХА КЛІТИНА: БУДОВА ТА ФУНКЦІЯ - ХІМІЯ - 2025

Сухий елемент являє собою батарея , чия електролітичної середовище складається з пасти , а не рішення. Однак зазначена паста має певний рівень вологості, і з цих причин вона не суворо суха.

Невеликої кількості води достатньо, щоб іони рухалися і, отже, потік електронів всередину клітини.

Джерело: Еміліан Роберт Вікол через Flickr.

Його величезна перевага перед першими мокрими батареями полягає в тому, що, оскільки це електролітична паста, її вміст не може бути розлитий; це було у випадку з вологими батареями, які були більш небезпечними та делікатними, ніж їх сухі аналоги. Враховуючи неможливість розливу, сухі клітини знаходять застосування у багатьох портативних та мобільних пристроях.

На верхньому зображенні суха цинково-вуглецева батарея. Точніше, це сучасна версія стека Georges Leclanché. З усіх, це найпоширеніший і, мабуть, найпростіший.

Ці пристрої представляють енергетичну зручність завдяки тому, що вони мають хімічну енергію в кишені, яку можна перетворити на електрику; і таким чином, не залежно від розетки живлення або енергії, що постачається великими електростанціями та їх великою мережею веж і кабелів.

Суха структура клітин

Яка структура сухої клітини? На зображенні ви бачите його кришку, яка є не що інше, як полімерна плівка, сталь, і два клеми, ізоляційні шайби яких виступають спереду.

Однак це лише його зовнішній вигляд; Всередині нього лежать його найважливіші частини, які гарантують його належне функціонування.

Кожна суха клітина матиме свої особливості, але розглядатиметься лише цинково-вуглецевий елемент, з якого загальна структура може бути окреслена для всіх інших батарей.

Батарею розуміють як об'єднання двох або більше батарей, а останні є вольтайними елементами, як буде пояснено в майбутньому розділі.

Електроди

Джерело: Вікіпедія

На верхньому зображенні показана внутрішня структура цинково-вуглецевої батареї. Незалежно від того, яка вольтаїчна клітина, завжди повинні бути (як правило) два електроди: один, з якого виділяються електрони, і другий, який їх приймає.

Електроди - електропровідні матеріали, і для того, щоб бути струмом, обидва повинні мати різні електронегативи.

Наприклад, цинк, білий олово, що закриває акумулятор, - це місце, де електрони залишають електричну ланцюг (пристрій), де він підключений.

З іншого боку, у всьому середовищі знаходиться графітний вуглецевий електрод; також занурений в пасту, що складається з NH ₄ Cl, ZnCl ₂ і MnO ₂ .

Цей електрод - це той, хто приймає електрони, і зауважте, що він має символ '+', це означає, що це позитивний термінал акумулятора.

Термінали

Як видно з графітового стрижня на зображенні, є позитивний електричний термінал; і нижче, внутрішня цинкова банка, з якої випливають електрони, негативний термінал.

Ось чому батареї позначені "+" або "-", щоб вказати правильний спосіб підключення їх до пристрою і тим самим дозволяти йому увімкнути.

Пісок і віск

Хоча це не показано, паста захищена буферним піском і восковим ущільнювачем, що запобігає її розливанню або контакту зі сталлю при незначних механічних впливах або збурюванні.

Функціонування

Як працює суха клітина? Для початку це вольтаїчна клітина, тобто генерує електрику від хімічних реакцій. Тому всередині клітин відбуваються окислювально-відновлювальні реакції, коли види набувають або втрачають електрони.

Електроди служать поверхнею, яка полегшує і дозволяє розвивати ці реакції. Залежно від їх зарядів, може статися окислення або відновлення виду.

Щоб краще зрозуміти це, будуть пояснені лише хімічні аспекти цинково-вуглецевої батареї.

Окислення цинкового електрода

Як тільки електронний пристрій увімкнений, акумулятор випустить електрони, окисливши цинковий електрод. Це можна представити наступним хімічним рівнянням:

Zn => Zn ²⁺ + 2e ^-

Якщо навколо металу буде багато Zn ²⁺ , відбудеться позитивний зміщення заряду, тому подальше окислення не буде. Тому Zn ²⁺ повинен дифундувати через пасту у напрямку до катода, де електрони будуть входити назад.

Як тільки електрони активували артефакт, вони повертаються до іншого електрода: графітового, щоб знайти деякі хімічні види, які його «чекають».

Відновлення хлориду амонію

Як було сказано раніше, в макаронах є NH ₄ Cl та MnO ₂ - речовини, які роблять його pH кислим. Як тільки електрони ввійдуть, відбудуться такі реакції:

2NH ₄ ⁺ + 2e ^- => 2NH ₃ + H ₂

Два продукти, аміак та молекулярний водень, NH ₃ та H ₂ , є газами, і тому можуть "набухати" акумулятор, якщо вони не зазнають інших перетворень; такі як наступні два:

Zn ²⁺ + 4NH ₃ => ²⁺

H ₂ + 2MnO ₂ => 2MnO (OH)

Зауважимо, що аміак зменшувався (набирав електрони), щоб перетворитися на NH ₃ . Потім ці гази були нейтралізовані іншими компонентами пасти.

Комплекс ²⁺ полегшує дифузію іонів Zn ^{2+ у} бік катода і, таким чином, перешкоджає клітині «затримуватися».

Зовнішня схема пристрою функціонує як міст для електронів; інакше ніколи не було б прямого зв’язку між цинковою балонкою та графітовим електродом. На зображенні структури ця схема представляла б чорний кабель.

Завантажити

Сухі клітини бувають у багатьох варіантах, розмірах та робочій напрузі. Деякі з них не перезаряджаються (первинні вольтаїчні клітини), інші - вторинні вольтаїчні клітини.

Цинк-вуглецевий акумулятор має робочу напругу 1,5 В. Їх форми змінюються залежно від їх електродів і складу їх електролітів.

Наступить момент, коли весь електроліт відреагував, і скільки б цинк не окислювався, не буде видів, які отримують електрони і сприяють їх вивільненню.

Крім того, може статися так, що утворені гази більше не нейтралізуються і залишаються тиском всередині клітин.

Цинк-вуглецеві акумулятори та інші акумулятори, які не підзаряджаються, повинні бути перероблені; оскільки його компоненти, особливо нікель-кадмієві компоненти, шкідливі для навколишнього середовища, забруднюючи ґрунти та води.

Список літератури

1. Шивер і Аткінс. (2008). Неорганічна хімія. (Четверте видання). Mc Graw Hill.
2. Віттен, Девіс, Пек і Стенлі. (2008). Хімія. (8-е видання). CENGAGE Навчання.
3. Акумулятор "Сухі клітини". Відновлено з: makahiki.kcc.hawaii.edu
4. Гофман С. (10 грудня 2014 р.). Що таке суха клітинна батарея? Відновлено з сайту: upsbatterycenter.com
5. Бур'ян, Джеффрі. (24 квітня 2017 р.). Як працюють акумуляторні батареї? Наукові роботи. Відновлено: sciaching.com
6. Вудфорд, Кріс. (2016) Батареї. Відновлюється з: objasinthatstuff.com.