DROGE CEL: STRUCTUUR EN FUNCTIE - CHEMIE - 2026

Een droge cel is een batterij waarvan het elektrolytische medium uit een pasta bestaat en niet uit een oplossing. Deze pasta heeft echter een bepaalde vochtigheidsgraad en is om deze redenen niet strikt droog.

De kleine hoeveelheid water is voldoende om de ionen te laten bewegen en bijgevolg de elektronenstroom in de cel.

Bron: Emilian Robert Vicol via Flickr.

Het enorme voordeel ten opzichte van de eerste natte batterijen is dat omdat het een elektrolytische pasta is, de inhoud niet kan worden gemorst; wat het geval was met natte batterijen, die gevaarlijker en kwetsbaarder waren dan hun droge tegenhangers. Gezien de onmogelijkheid van morsen, wordt de droge cel in veel draagbare en mobiele apparaten gebruikt.

In de bovenste afbeelding is er een droge zink-koolstofbatterij. Om precies te zijn, het is een moderne versie van de Georges Leclanché-stack. Het is van alles de meest voorkomende en misschien wel de eenvoudigste.

Deze apparaten vertegenwoordigen een energetisch gemak vanwege het feit dat ze chemische energie in de zak hebben die kan worden omgezet in elektriciteit; en op deze manier niet afhankelijk van stopcontacten of de energie die wordt geleverd door grote energiecentrales en hun uitgebreide netwerk van torens en kabels.

Droge celstructuur

Wat is de structuur van een droge cel? Op de afbeelding zie je de omslag, die niets meer is dan een polymeerfilm, staal, en de twee aansluitingen waarvan de isolerende ringen aan de voorkant uitsteken.

Dit is echter alleen het uiterlijk; Binnenin liggen de belangrijkste onderdelen die de goede werking garanderen.

Elke droge cel zal zijn eigen kenmerken hebben, maar alleen de zink-koolstofcel komt in aanmerking, waarvan een algemene structuur kan worden geschetst voor alle andere batterijen.

Onder een batterij wordt verstaan ​​de vereniging van twee of meer batterijen, en de laatste zijn voltaïsche cellen, zoals in een toekomstige sectie zal worden uitgelegd.

Elektroden

Bron: wikipedia

De bovenste afbeelding toont de interne structuur van een zink-koolstofbatterij. Wat de voltaïsche cel ook is, er zouden altijd (meestal) twee elektroden moeten zijn: een waaruit elektronen worden afgegeven en de andere die ze ontvangt.

Elektroden zijn elektrisch geleidende materialen en om stroom te kunnen krijgen, moeten beide verschillende elektronegativiteiten hebben.

Zink, een wit blikje dat de batterij omhult, is bijvoorbeeld waar de elektronen naar het elektrische circuit (apparaat) gaan waar het is aangesloten.

Aan de andere kant bevindt zich in het hele medium de grafiet-koolstofelektrode; ook ondergedompeld in een pasta samengesteld uit NH ₄ Cl, ZnCl ₂ en MnO ₂ .

Deze elektrode is degene die de elektronen ontvangt, en merk op dat deze het symbool '+' heeft, wat betekent dat het de positieve pool van de batterij is.

Terminals

Zoals te zien is boven de grafietstaaf in de afbeelding, is er de positieve elektrische aansluiting; en daaronder de binnenste zinkbus waaruit elektronen stromen, de negatieve pool.

Daarom zijn batterijen gemarkeerd met '+' of '-' om de juiste manier aan te duiden om ze op het apparaat aan te sluiten en zo in te schakelen.

Zand en was

Hoewel niet getoond, wordt de pasta beschermd door een bufferzand en een lakzegel die voorkomt dat het morst of in contact komt met het staal onder kleine mechanische schokken of agitatie.

Functioneren

Hoe werkt een droge cel? Om te beginnen is het een voltaïsche cel, dat wil zeggen dat het elektriciteit opwekt uit chemische reacties. Daarom vinden binnen cellen redoxreacties plaats, waarbij de soort elektronen wint of verliest.

De elektroden dienen als een oppervlak dat de ontwikkeling van deze reacties vergemakkelijkt en mogelijk maakt. Afhankelijk van hun lading kan oxidatie of reductie van de soort optreden.

Om dit beter te begrijpen, worden alleen de chemische aspecten van de zink-koolstofbatterij uitgelegd.

Oxidatie van zinkelektroden

Zodra het elektronische apparaat wordt ingeschakeld, zal de batterij elektronen vrijgeven door de zinkelektrode te oxideren. Dit kan worden weergegeven door de volgende chemische vergelijking:

Zn => Zn ²⁺ + 2e ^-

Als er veel Zn ²⁺ rond het metaal zit, zal er een positieve ladingsvoorspanning optreden, dus er zal geen verdere oxidatie zijn. Daarom moet de Zn ²⁺ door de pasta diffunderen naar de kathode, waar de elektronen terugkomen.

Zodra de elektronen het artefact hebben geactiveerd, keren ze terug naar de andere elektrode: de grafiet, om te ontdekken dat een aantal chemische soorten erop “wacht”.

Ammoniumchloride-reductie

Zoals eerder vermeld, zitten er NH ₄ Cl en MnO ₂ in de pasta , stoffen die de pH zuur maken. Zodra de elektronen binnenkomen, treden de volgende reacties op:

2NH ₄ ⁺ + 2e ^- => 2NH ₃ + H ₂

De twee producten, ammoniak en moleculaire waterstof, NH ₃ en H ₂ , zijn gassen en daarom "zwellen" van de accu als ze geen andere transformaties ondergaan; zoals de volgende twee:

Zn ²⁺ + 4NH ₃ => ²⁺

H ₂ + 2MnO ₂ => 2MnO (OH)

Merk op dat de ammoniak werd verminderd (gewonnen elektronen) om NH _{3 te worden} . Deze gassen werden vervolgens geneutraliseerd door de andere componenten van de pasta.

Het ²⁺ -complex vergemakkelijkt de diffusie van de Zn ²⁺ -ionen naar de kathode en voorkomt zo dat de cel "vastloopt".

Het externe circuit van het apparaat fungeert als een brug voor de elektronen; anders zou er nooit een directe verbinding zijn tussen de zinkbus en de grafietelektrode. In de afbeelding van de structuur zou dit circuit de zwarte kabel vertegenwoordigen.

Downloaden

Droge cellen zijn er in vele varianten, maten en werkspanningen. Sommige zijn niet oplaadbaar (primaire voltaïsche cellen), andere wel (secundaire voltaïsche cellen).

De zinkkoolstofbatterij heeft een werkspanning van 1,5V. Hun vormen veranderen op basis van hun elektroden en de samenstelling van hun elektrolyten.

Er zal een punt komen waarop alle elektrolyt heeft gereageerd, en hoeveel het zink ook oxideert, er zal geen soort zijn die de elektronen ontvangt en hun afgifte bevordert.

Verder kan het zo zijn dat de gevormde gassen niet meer geneutraliseerd worden en druk blijven uitoefenen in de cellen.

Zink-koolstofbatterijen en andere batterijen die niet oplaadbaar zijn, moeten worden gerecycled; omdat de componenten ervan, met name nikkel-cadmiumcomponenten, schadelijk zijn voor het milieu doordat ze bodem en water vervuilen.

Referenties

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganische scheikunde. (Vierde druk). Mc Graw Hill.
2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemie. (8e ed.). CENGAGE Leren.
3. De "Dry-Cell" -batterij. Hersteld van: makahiki.kcc.hawaii.edu
4. Hoffman S. (10 december 2014). Wat is een droge-celbatterij? Hersteld van: upsbatterycenter.com
5. Onkruid, Geoffrey. (24 april 2017). Hoe werken droge celbatterijen? Wetenschappelijk. Hersteld van: sciencing.com
6. Woodford, Chris. (2016) Batterijen. Hersteld van: explaininthatstuff.com.