Ξερό κύτταρο

Η μπαταρία είναι μια συσκευή που αποτελείται από ένα ή περισσότερα ηλεκτροχημικά στοιχεία που μετατρέπουν τη χημική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια.

Μετά την ανάπτυξη υγρών μπαταριών ψευδαργύρου-άνθρακα από τον Georges Leclanche το 1866, ο «Γερμανός επιστήμονας Carl Gassner» το 1886 ανέπτυξε ένα ξηρό στοιχείο, το οποίο είναι ένα από τα ηλεκτροχημικά στοιχεία που χρησιμοποιούνται ακόμη και σήμερα. Ο Yai Sakizo, ένας Ιάπωνας επιστήμονας που έζησε το έτος 1887, ήταν ο πρώτος που ανέπτυξε σύγχρονα ξηρά κύτταρα.

Ένα ξηρό στοιχείο είναι ένα ηλεκτροχημικό στοιχείο που αποτελείται από ακινητοποιημένους ηλεκτρολύτες χαμηλής υγρασίας σε μορφή πάστας, που εμποδίζει το στοιχείο να διαρρέει υγρασία στο περιβάλλον. Ως αποτέλεσμα αυτού, μεταφέρεται εύκολα.

Στον ηλεκτρισμό, μια μπαταρία αποτελείται από πολλά ηλεκτροχημικά στοιχεία που συνεργάζονται για να μετατρέψουν τη χημική ενέργεια που αποθηκεύεται στην μπαταρία σε ηλεκτρική ενέργεια. Το ξηρό στοιχείο είναι ένας από τους πιο συνηθισμένους τύπους ηλεκτροχημικών στοιχείων.

Ο ηλεκτρολύτης, ο οποίος έχει τη μορφή πάστας, έχει χαμηλή περιεκτικότητα σε υγρασία και επομένως είναι κατάλληλος για χρήση σε φορητό εξοπλισμό λόγω του ότι δεν ρέει.

Οι μπαταρίες μολύβδου-οξέος, σε αντίθεση με τις μπαταρίες υγρής κυψέλης, που περιέχουν υγρό ηλεκτρολύτη, είναι ένα από τα πιο κοινά παραδείγματα αυτού του τύπου μπαταριών.

Μία από τις δυσκολίες με τις υγρές μπαταρίες κυψέλης είναι ότι πρέπει να αντιμετωπίζονται με προσοχή, προκειμένου να αποφευχθεί η διαρροή του υγρού που περιέχεται μέσα τους έξω από την μπαταρία.

Η εσωτερική σύνθεση του ξηρού κυττάρου

Μια μπαταρία ξηρής κυψέλης, η οποία χρησιμοποιείται συνήθως, αποτελείται από μια μπαταρία ψευδαργύρου-άνθρακα που έχει είτε κυβοειδή είτε κυλινδρικό σχήμα.

Κατά την ηλεκτροχημική αντίδραση, ο ψευδάργυρος χρησιμοποιείται για να σχηματιστεί η άνοδος και μια ράβδος άνθρακα χρησιμοποιείται για να σχηματιστεί η κάθοδος, η οποία περιβάλλεται από ένα μείγμα άνθρακα και διοξειδίου του μαγγανίου (MnO2).

Είναι γεμάτο με μια πάστα χλωριούχου αμμωνίου (NH4Cl), που χρησιμεύει ως ηλεκτρολύτης και το υπόλοιπο σώμα του κυττάρου είναι γεμάτο με νερό.

Επιπλέον, υπάρχει ένας διαχωριστής που υπάρχει μεταξύ των διαλυμάτων χλωριούχου αμμωνίου και ψευδαργύρου.

Βοηθά στην αποτροπή κάθε είδους αντίδρασης μεταξύ των δύο μερών.

Λειτουργία ξηρού κυττάρου

Χημικές αντιδράσεις συμβαίνουν μεταξύ των συστατικών του κυττάρου, όπως ο ψευδάργυρος και ο άνθρακας. Το διοξείδιο του μαγγανίου και το χλωριούχο αμμώνιο είναι δύο από τα στοιχεία που αντιδρούν μεταξύ τους. Αυτές οι χημικές αντιδράσεις αναφέρονται ως διεργασίες ημικυτταρικής αντίδρασης και το επόμενο βήμα εμπλέκεται σε αυτές.

Βήμα 1:Μια αντίδραση αναγωγής μεταξύ διοξειδίου του μαγγανίου (MnO2) και χλωριούχου αμμωνίου λαμβάνει χώρα σε αυτό το στάδιο (NH4Cl). Κατά τη διάρκεια αυτής της αντίδρασης, η μορφή άνθρακα του γραφίτη λειτουργεί ως υποστηρικτής για τα άλλα στοιχεία. Ως αποτέλεσμα, η αντίδραση αναγωγής συμβολίζεται με την εξίσωση:

2NH4+ 2MnO2 Mn2O4+ H2O

Σε αυτό το βήμα λαμβάνει χώρα μια αντίδραση οξείδωσης, η οποία συμβολίζεται ως Zn2+ + 2e στην περίπτωση του δοχείου ψευδαργύρου που χρησιμεύει ως άνοδος.

Η συνολική αντίδραση κυττάρου γράφεται ως:

Zn + 2MnO2+ 2NH4Cl =Mn2O3 + Zn(NH3)Cl2 + H2O (Zn + 2MnO2+ 2NH4Cl)

Ως αποτέλεσμα αυτών των αντιδράσεων, το στοιχείο είναι σε θέση να δημιουργήσει την απαραίτητη διαφορά δυναμικού που απαιτείται για την αγωγή του ηλεκτρικού ρεύματος.

Το Dry Cell έχει μια ποικιλία εφαρμογών:

Όταν πρόκειται για ηλεκτρονικές συσκευές, είναι ο πιο συχνά χρησιμοποιούμενος τύπος μπαταρίας.

Ως αποτέλεσμα, οι ακόλουθες είναι μερικές από τις εφαρμογές του:

Οι αλκαλικές μπαταρίες χρησιμοποιούνται σε μικρές συσκευές χειρός, όπως αριθμομηχανές, ρολόγια και ρολόγια, επειδή έχουν υψηλή απόδοση και είναι φθηνές.

Λόγω του γεγονότος ότι συσκευές όπως κάμερες και συναγερμοί καπνού απαιτούν μια ελάχιστη ποσότητα ισχύος και οι μπαταρίες λιθίου έχουν χωρητικότητα τριών βολτ ανά κυψέλη, οι μπαταρίες λιθίου είναι μια εξαιρετική επιλογή για αυτές τις εφαρμογές.

Η πλειοψηφία των σχεδίων μικρών κινητήρων βασίζεται σε πηγές ξηρών κυψελών για την τροφοδοσία των λειτουργιών τους. Υδρίδιο νικελίου-μετάλλου, γέλη μολύβδου-οξέος και νικέλιο-κάδμιο είναι μερικές μόνο από τις ενώσεις που εμπίπτουν σε αυτήν την κατηγορία.

Τα οφέλη από τη χρήση ξηρού κυττάρου:

Οι ξηρές κυψέλες έχουν υψηλή ενεργειακή πυκνότητα, γεγονός που τις καθιστά απλές στην κατασκευή σε μικρά μεγέθη, γεγονός που τις καθιστά φορητές και εύκολες στη μεταφορά.

Είναι εξαιρετικά φθηνά και ευρέως διαθέσιμα.

Εξαιτίας αυτού, έχουν εξαιρετικά χαμηλές επιπτώσεις κινδύνου στο περιβάλλον μας.

Αυτά τα άτομα δεν ανησυχούν για κανένα είδος σύνδεσης μεταξύ τους.

Διαφορετικοί τύποι ξηρών κυττάρων

1.Κυψέλη ψευδαργύρου-άνθρακα

Όταν χρησιμοποιείτε ξηρό στοιχείο, τοποθετείτε τη ράβδο γραφίτη ή το μεταλλικό ηλεκτρόδιο σε ένα μεταλλικό δοχείο και το καλύπτετε με μια πάστα ηλεκτρολυτών που έχει χαμηλή περιεκτικότητα σε υγρασία. Στις περισσότερες περιπτώσεις, το μεταλλικό δοχείο θα είναι ψευδάργυρος και η βάση ψευδαργύρου θα χρησιμεύσει ως αρνητικό ηλεκτρόδιο (άνοδος), ενώ ένας δρόμος άνθρακα θα χρησιμεύσει ως θετικό ηλεκτρόδιο (κάθοδος) (κάθοδος). Μια ασπίδα διοξειδίου του μαγγανίου και ένας ηλεκτρολύτης χαμηλής υγρασίας, όπως η πάστα χλωριούχου αμμωνίου, χρησιμοποιούνται για να το περιβάλλουν. Μπορούν να δημιουργήσουν έως και 1,5 V τάση και δεν είναι αναστρέψιμες.

2.Μια επαναφορτιζόμενη αλκαλική μπαταρία

Η αλκαλική μπαταρία θα έχει σχεδόν τις ίδιες αντιδράσεις μισού κυττάρου με το στοιχείο ψευδαργύρου-άνθρακα, με τη διαφορά ότι το υδροξείδιο του καλίου ή το υδροξείδιο του νατρίου θα αντικαταστήσουν το χλωριούχο αμμώνιο και οι αντιδράσεις μισού κυττάρου θα είναι ταχύτερες.

3.Κυψέλη που περιέχει υδράργυρο

Ο υδράργυρος χρησιμεύει ως κάθοδος και ο ψευδάργυρος ως άνοδος στην κυψέλη υδραργύρου

4.Κυψέλη με οξείδιο αργύρου

Ως υποστήριξη στη μείωση του οξειδίου του αργύρου (Ag2O) και στην οξείδωση του ψευδαργύρου στο βασικό μέσο, το μέταλλο άργυρος χρησιμεύει ως αδρανής καταλύτης.

Βήμα 1:Η κάθοδος αντιδρά με την άνοδο.

Βήμα 2:Ο ηλεκτρολύτης υφίσταται αντίδραση.

Βήμα 3:Εμφανίζεται η αντίδραση της ανόδου.

Βήμα 4:Συνολική αντίδραση στην κατάσταση

Παρουσία νερού, ο ψευδάργυρος σχηματίζει Zn(OH)2 και ο άργυρος σχηματίζει 2Ag.

Σε ένα άνυδρο μέσο, λαμβάνει χώρα η συνολική αντίδραση.

Συσσωρευτής μολύβδου

Μια μπαταρία μολύβδου οξέος, που αναφέρεται επίσης ως μπαταρία αποθήκευσης μολύβδου, είναι ο αρχαιότερος τύπος επαναφορτιζόμενης μπαταρίας που χρησιμοποιείται ακόμα σήμερα.

Η μπαταρία είναι μια κοινή συσκευή αποθήκευσης ενέργειας που χρησιμοποιείται καθημερινά. Ο Gaston Plante, ένας Γάλλος φυσικός και εφευρέτης, πιστώθηκε με την εφεύρεση της μπαταρίας μολύβδου οξέος το έτος 1859. Η χρήση μπαταριών μολύβδου-οξέος εξακολουθεί να είναι διαδεδομένη σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών.

Αυτά χρησιμοποιούνται ευρέως σε οχήματα όπου η μπαταρία μπορεί να παρέχει υψηλό ρεύμα για την ισχύ περιέλιξης που απαιτείται από το όχημα.

Παρά το γεγονός ότι οι μπαταρίες μολύβδου-οξέος είναι εξαιρετικά αξιόπιστες, η διάρκεια ζωής τους είναι εξαιρετικά μικρή. Αυτά είναι επίσης μεγάλα και δυσκίνητα στη μεταφορά και περιέχουν μια ποικιλία τοξικών υλικών που απαιτούν τη χρήση εξειδικευμένων τεχνικών αφαίρεσης στο τέλος της ωφέλιμης ζωής τους.

Ο χρόνος απόκρισης αυτού του τύπου μπαταρίας είναι εξαιρετικός και η πυκνότητα ισχύος είναι μέτρια. Οι μπαταρίες μολύβδου-οξέος έχουν τη δυνατότητα να δέχονται ή να παρέχουν ενέργεια σχεδόν αμέσως, ανάλογα με την τεχνολογία που χρησιμοποιείται στη διαδικασία μετατροπής ισχύος.

Οι μπαταρίες μολύβδου-οξέος επηρεάζονται από τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας, γι' αυτό και απαιτούν τακτική συντήρηση για να διασφαλιστεί ότι η διάρκεια ζωής τους μεγιστοποιείται.