СУХА КЛЕТКА: СТРУКТУРА И ФУНКЦИЯ - ХИМИЯ - 2025

А сух клетка е батерия, чиято електролитна среда се състои от паста и не разтвор. Споменатата паста обаче има определено ниво на влажност и поради тези причини не е строго суха.

Малкото количество вода е достатъчно, за да се движат йоните и съответно потокът на електрони вътре в клетката.

Източник: Емилиян Робърт Vicol чрез Flickr.

Огромното му предимство пред първите мокри батерии е, че тъй като е електролитична паста, съдържанието й не може да се разлее; какъвто беше случаят с мокрите батерии, които бяха по-опасни и деликатни от техните сухи колеги. Предвид невъзможността за разливане, сухите клетки намират приложение в много преносими и мобилни устройства.

В горното изображение има суха цинково-въглеродна батерия. По-точно, това е модерна версия на стека Georges Leclanché. От всичко това е най-често срещаният и може би най-простият.

Тези устройства представляват енергийно удобство поради факта, че имат химическа енергия в джоба, която може да се трансформира в електричество; и по този начин, не в зависимост от електрическите контакти или енергията, доставяна от големите електроцентрали и огромната им мрежа от кули и кабели.

Суха структура на клетките

Каква е структурата на сухата клетка? На изображението можете да видите капака му, който не е нищо повече от полимерен филм, стомана и двата извода, чиито изолационни шайби стърчат отпред.

Това обаче е само външният му вид; Вътре в него се намират най-важните му части, които гарантират правилното му функциониране.

Всяка суха клетка ще има свои собствени характеристики, но ще се разглеждат само цинково-въглеродните клетки, от които може да се очертае обща структура за всички останали батерии.

Батерия се разбира като обединение на две или повече батерии, а последните са волтови клетки, както ще бъде обяснено в бъдещ раздел.

Електроди

Източник: Wikipedia

Горното изображение показва вътрешната структура на цинково-въглеродна батерия. Без значение каква е волтовата клетка, винаги трябва да има (обикновено) два електрода: единият, от който се отдават електрони, и другият, който ги приема.

Електродите са електропроводими материали и за да има ток, и двата трябва да имат различни електронегативи.

Например, цинк, бяла кала, която затваря батерията, е мястото, където електроните оставят за електрическата верига (устройство), където е свързана.

От друга страна, в цялата среда е графитният въглероден електрод; също потапя в паста съставена от NH ₄ CI, ZnCl ₂ и МпО ₂.

Този електрод е този, който приема електроните и имайте предвид, че той има символа "+", което означава, че е положителният терминал на батерията.

терминали

Както се вижда над графитния прът на изображението, има положителния електрически терминал; и отдолу, вътрешната цинкова кутия, от която текат електрони, отрицателният терминал.

Ето защо батериите са обозначени с „+“ или „-“, за да укажат правилния начин за свързването им към устройството и по този начин да му позволят да се включи.

Пясък и восък

Въпреки че не е показана, пастата е защитена от демптиращ пясък и восъчен уплътнител, който не позволява да се разлее или да влезе в контакт със стоманата при малки механични въздействия или разбъркване.

Функциониращ

Как работи сухата клетка? Като начало това е волтова клетка, тоест генерира електричество от химически реакции. Следователно вътре в клетките се появяват редокс-реакции, при които видът придобива или губи електрони.

Електродите служат като повърхност, която улеснява и позволява развитието на тези реакции. В зависимост от техните заряди може да настъпи окисляване или редукция на вида.

За да разберете по-добре това, ще бъдат обяснени само химичните аспекти на цинково-въглеродната батерия.

Окисляване на цинков електрод

Веднага щом електронното устройство е включено, батерията ще освободи електрони чрез окисляване на цинковия електрод. Това може да бъде представено със следното химично уравнение:

Zn => Zn ²⁺ + 2e ^-

Ако има много Zn ²⁺ около метала, ще възникне положително отклонение от заряда, така че няма да има по-нататъшно окисляване. Следователно, Zn ²⁺ трябва да дифундира през пастата към катода, където електроните ще влязат обратно.

След като електроните активират артефакта, те се връщат към другия електрод - графитния, за да намерят някои химически видове, които „го чакат“.

Намаляване на амониевия хлорид

Както беше споменато по-горе, в макароните има NH ₄ Cl и MnO ₂, които правят pH киселинното му. Веднага след влизането на електроните ще възникнат следните реакции:

2NH ₄ ⁺ + 2е ^- => 2NH ₃ + Н ₂

Двата продукта, амоняк и молекулен водород, NH ₃ и Н ₂, са газове, и следователно могат да "набъбват" батерията, ако те не претърпяват други трансформации; като следните две:

Zn ²⁺ + 4NH ₃ => ²⁺

H ₂ + 2MnO ₂ => 2MnO (OH)

Имайте предвид, че амонякът се редуцира (придобит електрони) да стане NH ₃. След това тези газове бяха неутрализирани от другите компоненти на пастата.

Комплексът ²⁺ улеснява дифузията на йони Zn ²⁺ към катода и по този начин предотвратява „застояването“ на клетката.

Външната верига на устройството функционира като мост за електроните; в противен случай никога няма да има пряка връзка между цинковата кутия и графитния електрод. В изображението на структурата тази схема би представлявала черния кабел.

Изтегли

Сухите клетки се предлагат в много варианти, размери и работни напрежения. Някои от тях не са акумулаторни (първични волтови клетки), докато други са (вторични волтови клетки).

Цинк-въглеродният акумулатор има работно напрежение 1,5 V. Формите им се променят въз основа на техните електроди и състава на техните електролити.

Ще дойде момент, когато целият електролит е реагирал и независимо колко цинкът се окислява, няма да има видове, които да приемат електроните и да насърчават тяхното освобождаване.

Освен това може да е случаят, когато образуваните газове вече не се неутрализират и остават да оказват налягане вътре в клетките.

Цинк-въглеродните батерии и другите батерии, които не могат да се презареждат, трябва да бъдат рециклирани; тъй като неговите компоненти, особено никел-кадмиевите компоненти, са вредни за околната среда, като замърсяват почвите и водите.

Препратки

1. Шивър и Аткинс. (2008 г.). Неорганична химия. (Четвърто издание). Mc Graw Hill.
2. Уитън, Дейвис, Пек и Стенли. (2008 г.). Химия. (8-мо изд.). CENGAGE Обучение.
3. Батерията "Dry-Cell". Възстановено от: makahiki.kcc.hawaii.edu
4. Хофман С. (10 декември 2014 г.). Какво е батерия със сухи клетки? Възстановени от: upsbatterycenter.com
5. Пледи, Джефри. (24 април 2017 г.). Как работят батериите със сухи клетки? Sciencing. Възстановено от: sciaching.com
6. Удфорд, Крис. (2016) Батерии. Възстановено от: обяснителен продукт.com.