SZÁRAZ CELLA: FELÉPÍTÉS ÉS FUNKCIÓ - KÉMIA - 2025

A száraz elem egy elem, amelynek elektrolitikus közege paszta, és nem oldatból áll. A szóban forgó paszta azonban bizonyos mértékű páratartalommal rendelkezik, és ezért nem szigorúan száraz.

A kevés vízmennyiség elegendő az ionok mozgatásához és ennek következtében az elektronok áramlásához a cellában.

Forrás: Emilian Robert Vicol a Flickr-en keresztül.

Hatalmas előnye az első nedves akkumulátorokkal szemben, hogy mivel elektrolit paszta, annak tartalma nem ömlhető ki; ami a nedves akkumulátorok esetében volt, amelyek veszélyesebbek és érzékenyebbek, mint száraz társaik. Tekintettel a kiömlés lehetetlenségére, a száraz cellát sok hordozható és mobil eszközön használják.

A felső képen egy száraz cink-szén elem található. Pontosabban, ez a Georges Leclanché verem modern változata. Mindenekelőtt ez a leggyakoribb és talán a legegyszerűbb.

Ezek az eszközök energiatakarékosságot képviselnek, mivel a zsebükben kémiai energia van, amely elektromosá alakítható; és ily módon, függetlenül az áramellátástól vagy a nagy erőművek által biztosított energiától és a hatalmas tornyok és kábelek hálózatától.

Száraz sejtszerkezet

Mi a száraz cella szerkezete? A képen láthatja a burkolatát, amely nem más, mint egy polimer film, acél, és a két sorkapocs, amelyek szigetelő alátétje elölről kinyúlik.

Ez azonban csak a külső megjelenése; legfontosabb részei belül vannak, ami garantálja a megfelelő működését.

Minden száraz elemnek megvannak a maga sajátosságai, de csak a cink-szén cellát veszik figyelembe, amelynek általános szerkezete felvázolható az összes többi elem esetében.

Az akkumulátort két vagy több elem együttesének kell tekinteni, és ezek utóbbi volta elemek, amint azt egy későbbi szakaszban elmagyarázzuk.

elektródák

Forrás: Wikipedia

A felső kép a cink-szén elem belső felépítését mutatja. Nem számít, hogy mi a vulkánelem, mindig (általában) két elektródnak kell lennie: az egyiknek az elektronokat ki kell adni, a másiknak pedig azokat kell fogadnia.

Az elektródok elektromosan vezető anyagok, és ahhoz, hogy áram legyen, mindkettőnek eltérő elektronegativitással kell rendelkeznie.

Például a cink, egy fehér ón, amely körülveszi az akkumulátort, az elektronok elhagyják az elektromos áramkört (eszközt), ahol csatlakoztatva vannak.

Másrészt az egész közegben a grafit szén elektród van; is elmerül a paszta álló NH ₄ Cl, ZnCI ₂ és MnO ₂.

Ez az elektróda fogadja az elektronokat, és vegye figyelembe, hogy a '+' szimbólummal rendelkezik, ami azt jelenti, hogy az akkumulátor pozitív kivezetése.

terminálok

Amint az a képen látható grafitrúd felett látható, ott van a pozitív elektromos csatlakozó; és alatta a belső cink, ahonnan az elektronok áramlanak, a negatív vég.

Ezért az akkumulátorokat „+” vagy „-” jelöléssel látják el, hogy jelezzék a helyes utat az eszközhöz való csatlakoztatáshoz, és ezáltal lehetővé teszik az eszköz bekapcsolását.

Homok és viasz

Bár nem látható, a pasztát párnázó homok és viasztömítés védi, amely megakadályozza annak kiömlését vagy érintkezését az acéllel kisebb mechanikai behatások vagy rázkódás hatására.

Működés

Hogyan működik a száraz cella? Először is egy vulkáni cella, vagyis villamos energiát termel kémiai reakciók során. Ezért a sejtek belsejében redox reakciók fordulnak elő, ahol a fajok elektronokat nyernek vagy veszítenek.

Az elektródok olyan felületként szolgálnak, amely megkönnyíti és lehetővé teszi ezen reakciók kialakulását. Töltésüktől függően előfordulhat a faj oxidációja vagy redukciója.

Ennek jobb megértése érdekében a cink-szén elem csak kémiai vonatkozásait magyarázzák.

Cink elektróda oxidáció

Amint az elektronikus készüléket bekapcsolják, az akkumulátor elektronokat szabadít fel a cink-elektród oxidálásával. Ezt a következő kémiai egyenlettel reprezentálhatjuk:

Zn => Zn ²⁺ + 2e ^-

Ha sok Zn ²⁺ körül van a fém, akkor pozitív töltési torzítás lép fel, így nincs további oxidáció. Ezért a Zn ²⁺ -nak diffundálnia kell a pasztán a katód felé, ahol az elektronok visszajutnak.

Amint az elektronok aktiválják az artifaktort, visszatérnek a másik elektródhoz: a grafithoz, hogy találjanak valamilyen kémiai anyagot, amely „vár” rá.

Ammónium-klorid redukció

Mint korábban említettük, a tészta tartalmaz olyan NH ₄ Cl és MnO ₂, amelyek pH-ját savassá teszik. Amint az elektronok belépnek, a következő reakciók lépnek fel:

2NH ₄ ⁺ + 2e ^- => 2NH ₃ + H ₂

A két termék, az ammónia és a molekuláris hidrogén, NH ₃ és H ₂, a gázok, és ezért „duzzadni” az akkumulátort, ha azok nem esnek át más transzformációk; mint például a következő kettő:

Zn ²⁺ + 4NH ₃ => ²⁺

H ₂ + 2MnO ₂ => 2MnO (OH)

Vegye figyelembe, hogy az ammónia redukálódott (elektronokat nyert) NH ₃ -vá. Ezeket a gázokat a paszta többi komponense semlegesítette.

A ²⁺ komplex megkönnyíti a Zn ²⁺ ionok diffúzióját a katód felé, és így megakadályozza a sejt „elakadását”.

A készülék külső áramköre az elektronok hídjaként működik; különben soha nem lenne közvetlen kapcsolat a cinkkanna és a grafit elektróda között. A szerkezet képében ez az áramkör a fekete kábelt ábrázolja.

Letöltés

A száraz cellák számos változatban, méretben és üzemi feszültségben vannak. Néhányuk nem újratölthető (elsődleges villás cellák), mások (másodlagos vulkáni cellák).

A cink-szén akkumulátor üzemi feszültsége 1,5 V. Alakjuk megváltozik az elektródok és az elektrolitok összetétele alapján.

Eljön az a pont, ahol az összes elektrolit reagált, és függetlenül attól, hogy mennyi oxidálódik a cink, nem lesznek olyan fajok, amelyek az elektronokat befogadják és elősegítik felszabadulásukat.

Ezenkívül előfordulhat, hogy a képződött gázok már nem semlegesülnek, és továbbra is nyomást gyakorolnak a cellákban.

A cink-szén elemeket és a nem újratölthető elemeket újrahasznosítani kell. mivel alkotóelemei, különösen a nikkel-kadmium alkotóelemei, a talaj és a víz szennyezésével károsak a környezetre.

Irodalom

1. Shiver és Atkins. (2008). Szervetlen kémia. (Negyedik kiadás). Mc Graw Hill.
2. Whitten, Davis, Peck és Stanley. (2008). Kémia. (8. kiadás). CENGAGE Tanulás.
3. A "száraz cellás" akkumulátor. Helyreállítva: makahiki.kcc.hawaii.edu
4. Hoffman S. (2014. december 10.). Mi a száraz cellás elem? Helyreállítva: upsbatterycenter.com
5. Gyom, Geoffrey. (2017. április 24.) Hogyan működnek a szárazelemek? Sciencing. Helyreállítva: sciencing.com
6. Woodford, Chris. (2016) Elemek. Helyreállítva a következő címen: Selginthatstuff.com.