الخلية الجافة: الهيكل والتشغيل
الخلية الجافة هي بطارية يتكون وسطها الكهربائي من عجينة وليست حلاً. ومع ذلك ، فإن المعجون المذكور يحتوي على مستوى معين من الرطوبة ، ولهذه الأسباب فإنه لا يجف تمامًا.
كمية المياه الصغيرة كافية لتحرك الأيونات وبالتالي تدفق الإلكترونات داخل الوبر.
ميزته الهائلة على الأكوام المبللة الأولى هي أنه بما أنه عجينة إلكتروليتية ، فلا يمكن سكب محتوياته ؛ الشيء الذي حدث مع البطاريات الرطبة ، والتي كانت أكثر خطورة وحساسة من نظرائهم الجافة. نظرًا لاستحالة الانسكابات ، تجد الخلية الجافة استخدامها في أرقام الأجهزة المحمولة والأجهزة المحمولة.
في الصورة أعلاه لديك بطارية جافة من الكربون والزنك. بشكل أكثر دقة ، إنه إصدار حديث من مكدس Georges Leclanché. من كل ذلك ، هو الأكثر شيوعًا وربما الأكثر بساطة.
تمثل هذه الأجهزة راحة طاقة نظرًا لوجود طاقة كيميائية في جيبك يمكن تحويلها إلى كهرباء ؛ وبهذه الطريقة ، لا تعتمد على الاتصالات الحالية أو الطاقة التي توفرها محطات الطاقة الكبيرة وشبكتها الواسعة من الأبراج والكابلات.
هيكل الخلية الجافة
ما هو هيكل الخلية الجافة؟ في الصورة ، يمكنك رؤية غلافه ، والذي لا يعدو كونه فيلم بوليمري ، فولاذي ، ومحطتي الطرف اللتين تبرز غسالات العزل الخاصة بهما من الأمام.
ومع ذلك ، هذا هو مظهره الخارجي فقط. في داخلها تكمن أجزائها الأكثر أهمية ، والتي تضمن عملها السليم.
سيكون لكل خلية جافة خصائصها الخاصة ، ولكن سيتم النظر في بطارية الزنك والكربون فقط ، والتي يمكن من خلالها وضع هيكل عام لجميع البطاريات الأخرى.
يتم فهم بطارية بطاريتين أو أكثر على أنها بطارية ، والأخير هو خلايا فولطية ، كما سيتم شرحه في القسم التالي.
الأقطاب الكهربائية
يظهر الهيكل الداخلي لبطارية الزنك والكربون في الصورة العليا. بغض النظر عن الخلية الفولتية ، يجب أن يكون هناك دائمًا (عادة) قطبين: أحدهما ينطلق منها الإلكترونات ، والآخر يستقبلها.
الأقطاب الكهربائية عبارة عن مواد موصلة للكهرباء ، ولكي يكون هناك تيار ، يجب أن يكون لكل منهما كهربيّات كهربائية مختلفة.
على سبيل المثال ، الزنك ، القصدير الأبيض الذي يحيط بالبطارية ، هو المكان الذي تغادر فيه الإلكترونات إلى الدائرة الكهربائية (الجهاز) حيث يتم توصيلها.
من ناحية أخرى ، في القطب بأكمله هو القطب الكربون الجرافيت. مغمورة أيضًا في عجينة مكونة من NH 4 Cl و ZnCl 2 و MnO 2 .
هذا القطب هو الذي يستقبل الإلكترونات ، ويلاحظ أنه يحتوي على الرمز "+" ، مما يعني أنه الطرف الإيجابي للبطارية.
محطات
كما رأينا أعلاه قضيب الجرافيت في الصورة ، هناك محطة كهربائية إيجابية. وأدناه ، من الزنك الداخلي يمكن أن تتدفق فيه الإلكترونات ، الطرف السالب.
لهذا السبب تحمل البطاريات علامات "+" أو "-" للإشارة إلى الطريقة الصحيحة لتوصيلها بالجهاز ، وبالتالي السماح لها بالعمل.
الرمل والشمع
على الرغم من عدم ظهورها ، إلا أن المعجون محمي برمال عازلة وختم شمعي يمنع حدوث تأثيرات ميكانيكية طفيفة أو الانسكاب أو الانسكاب مع الفولاذ.
عملية
كيف تعمل الخلية الجافة؟ بادئ ذي بدء ، إنها خلية فولطية ، أي أنها تولد الكهرباء من التفاعلات الكيميائية. لذلك ، تحدث تفاعلات الأكسدة والاختزال داخل أكوام ، حيث تكتسب الأنواع أو تفقد الإلكترونات.
تعمل الأقطاب الكهربائية كسطح يسهل ويسمح بتطور هذه التفاعلات. اعتمادا على الأحمال الخاصة بهم ، قد تحدث الأكسدة أو الحد من الأنواع.
لفهم هذا بشكل أفضل ، سيتم شرح الجوانب الكيميائية فقط لبطارية الزنك والكربون.
أكسدة قطب الزنك
بمجرد تشغيل الجهاز الإلكتروني ، ستطلق البطارية إلكترونات عن طريق أكسدة قطب الزنك. يمكن تمثيل ذلك بالمعادلة الكيميائية التالية:
Zn => Zn2 + + 2e-
إذا كان هناك الكثير من Zn2 + المحيطة بالمعادن ، فسوف يحدث استقطاب شحنة موجبة ، لذلك لن يكون هناك أكسدة أخرى. لذلك ، يجب أن ينتشر Zn2 + خلال اللصق إلى الكاثود ، حيث ستعود الإلكترونات.
الإلكترونات ، بمجرد تنشيط الجهاز ، تعود إلى القطب الآخر: الجرافيت ، للعثور على الأنواع الكيميائية "تنتظرها".
الحد من كلوريد الأمونيوم
كما ذكر أعلاه ، يوجد في المعجون NH 4 Cl و MnO 2 ، وهي المواد التي تحول درجة الحموضة الحمضية. بمجرد دخول الإلكترونات ، ستحدث التفاعلات التالية:
2NH 4 + + 2e- => 2NH 3 + H 2
المنتجان ، الأمونيا والهيدروجين الجزيئي ، NH 3 و H 2 ، هما غازات ، وبالتالي يمكن "تضخيم" الوبر إذا لم يخضعوا لتحولات أخرى ؛ على سبيل المثال ، التاليين:
Zn2 + + 4NH 3 => [Zn (NH 3 ) 4 ] 2+
H 2 + 2MnO 2 => 2MnO (OH)
لاحظ أنه تم تقليل الأمونيوم (الإلكترونات المكتسبة) ليصبح NH 3 . بعد ذلك ، تم تحييد هذه الغازات بواسطة المكونات الأخرى للعجينة.
يسهل المجمع [Zn (NH 3 ) 4 ] 2+ نشر أيونات Zn 2+ نحو الكاثود وبالتالي يمنع الخلية من "التوقف".
تعمل الدائرة الخارجية للجهاز كجسر للإلكترونات ؛ خلاف ذلك ، لن يكون هناك اتصال مباشر بين علبة الزنك وإلكترود الجرافيت. في صورة الهيكل ، ستأتي هذه الدائرة لتمثيل الكابل الأسود.
تفريغ
البطاريات الجافة لديها العديد من المتغيرات والأحجام والفولتية العمل. بعضها غير قابل لإعادة الشحن (الخلايا الفولتية الأولية) ، في حين أن بعضها الآخر (الخلايا الفولتية الثانوية).
تتميز بطارية الزنك والكربون بجهد 1.5 فولت. أشكالها تتغير اعتمادا على أقطابها وتكوين الشوارد الخاصة بهم.
ستأتي نقطة حيث تفاعل كل المنحل بالكهرباء ، وبغض النظر عن مقدار أكسدة الزنك ، لن يكون هناك أي نوع يستقبل الإلكترونات ويعزز إطلاقها.
بالإضافة إلى ذلك ، قد تكون الحالة التي لم تعد فيها الغازات المتشكلة محايدة وتظل تمارس الضغط داخل الأكوام.
يجب إعادة تدوير بطاريات الزنك والكربون ، وغيرها من البطاريات غير القابلة لإعادة الشحن ؛ لأن مكوناته ، خاصة إذا كانت النيكل والكادميوم ، ضارة بالبيئة عن طريق تلويث التربة والمياه.