건조 셀은 그 매체 전해 용액을 페이스트로 구성되지 전지이다. 그러나이 페이스트는 일정 수준의 습도를 가지며 이러한 이유로 엄격하게 건조되지 않습니다.
소량의 물은 이온이 이동하고 결과적으로 세포 내부의 전자 흐름에 충분합니다.
출처 : Flickr를 통한 Emilian Robert Vicol.
첫 번째 습식 배터리에 비해 큰 장점은 전해 페이스트이므로 내용물을 흘릴 수 없다는 것입니다. 건식 배터리보다 더 위험하고 섬세한 습식 배터리의 경우였습니다. 유출이 불가능하기 때문에 건전지는 많은 휴대용 및 모바일 장치에서 사용됩니다.
상단 이미지에는 건식 아연-탄소 배터리가 있습니다. 더 정확하게는 Georges Leclanché 스택의 현대 버전입니다. 무엇보다도 가장 일반적이고 아마도 가장 단순 할 것입니다.
이러한 장치는 주머니에 전기로 변환 될 수있는 화학 에너지가 있다는 사실 때문에 에너지적인 편리함을 나타냅니다. 그리고 이런 방식으로, 전원 콘센트 나 대형 발전소에서 공급하는 에너지와 방대한 타워 및 케이블 네트워크에 의존하지 않습니다.
건전지 구조
건전지의 구조는 무엇입니까? 이미지에서 폴리머 필름, 강철 및 절연 와셔가 전면에서 튀어 나온 두 단자에 지나지 않는 덮개를 볼 수 있습니다.
그러나 이것은 외관 일뿐입니다. 그 안에는 적절한 기능을 보장하는 가장 중요한 부분이 있습니다.
각 건전지는 고유 한 특성을 가지지 만 아연-탄소 전지 만 고려되며, 다른 모든 배터리에 대한 일반적인 구조를 설명 할 수 있습니다.
배터리는 두 개 이상의 배터리의 결합으로 이해되며, 후자는 향후 섹션에서 설명 할 볼타 전지입니다.
전극
출처 : Wikipedia
위 이미지는 아연-탄소 배터리의 내부 구조를 보여줍니다. 볼타 전지가 무엇이든 상관없이 항상 (보통) 두 개의 전극이 있어야합니다. 하나는 전자가 방출되는 전극이고 다른 하나는이를받는 전극입니다.
전극은 전기 전도성 물질이며 전류가 흐르려면 둘 다 다른 전기 음성도를 가져야합니다.
예를 들어, 배터리를 둘러싸는 흰색 주석 인 아연은 연결된 전기 회로 (장치)로 전자가 떠나는 곳입니다.
다른 한편으로, 전체 매체에는 흑연 탄소 전극이 있습니다. 또한 NH 4 Cl, ZnCl 2 및 MnO 2 로 구성된 페이스트에 담근다 .
이 전극은 전자를받는 전극이며, 배터리의 양극 단자임을 의미하는 '+'기호가 있습니다.
터미널
이미지의 흑연 막대 위에서 볼 수 있듯이 양극 전기 단자가 있습니다. 그리고 그 아래에서는 전자가 흐르는 내부 아연 캔, 음극 단자입니다.
그렇기 때문에 배터리가 '+'또는 '-'로 표시되어 장치에 올바른 연결 방법을 나타내어 전원을 켤 수 있습니다.
모래와 왁스
그림에는 표시되어 있지 않지만 페이스트는 댐핑 샌드와 왁스 씰로 보호되어있어 약간의 기계적 충격이나 교반으로 인해 강철에 흘리거나 접촉하는 것을 방지합니다.
작동
건전지는 어떻게 작동합니까? 우선, 그것은 볼타 전지, 즉 화학 반응에서 전기를 생성합니다. 따라서 세포 내부에서 산화 환원 반응이 발생하여 종이 전자를 얻거나 잃습니다.
전극은 이러한 반응의 발달을 촉진하고 허용하는 표면 역할을합니다. 전하에 따라 종의 산화 또는 환원이 발생할 수 있습니다.
이를 더 잘 이해하기 위해 아연-탄소 배터리의 화학적 측면 만 설명합니다.
아연 전극 산화
전자 장치가 켜지면 배터리는 아연 전극을 산화시켜 전자를 방출합니다. 이것은 다음 화학 방정식으로 나타낼 수 있습니다.
아연은 => 아연 2+ + 2E -
금속 주위 에 Zn 2+ 가 많이 있으면 양전하 바이어스가 발생하므로 더 이상 산화가 발생하지 않습니다. 따라서 Zn 2+ 는 페이스트를 통해 전자가 다시 들어가는 음극쪽으로 확산되어야합니다.
전자가 아티팩트를 활성화하면 다른 전극 인 흑연 전극으로 돌아가서이를 "기다리는"화학 종을 찾습니다.
염화 암모늄 환원
앞서 언급했듯이 파스타 에는 pH를 산성으로 만드는 물질 인 NH 4 Cl과 MnO 2 가 있습니다. 전자가 들어가 자마자 다음과 같은 반응이 일어납니다.
2NH 4 + + 2e - => 2NH 3 + H 2
두 제품, 암모니아, 수소 분자, NH 3 와 H 2 , 가스이고, 따라서 배터리가 다른 변형을 일으키지 않으면 "팽윤"수있다; 다음 두 가지 :
Zn 2+ + 4NH 3 => 2+
H 2 + 2MnO 2 => 2MnO (OH)
암모니아는 환원되어 (전자를 얻음) NH 3가 됩니다. 이 가스들은 페이스트의 다른 성분에 의해 중화되었습니다.
2+ 복합체 는 Zn 2+ 이온 이 음극으로 확산되는 것을 용이하게 하여 전지가 "정지"하는 것을 방지합니다.
장치의 외부 회로는 전자의 다리 역할을합니다. 그렇지 않으면 아연 캔과 흑연 전극 사이에 직접적인 연결이 없을 것입니다. 구조 이미지에서이 회로는 검은 색 케이블을 나타냅니다.
다운로드
건전지는 다양한 변형, 크기 및 작동 전압으로 제공됩니다. 그들 중 일부는 재충전이 불가능하고 (1 차 볼타 전지) 다른 것들은 (2 차 볼타 전지)입니다.
아연-탄소 배터리의 작동 전압은 1.5V입니다. 전극과 전해질의 구성에 따라 모양이 달라집니다.
모든 전해질이 반응하는 지점이 올 것이고 아연이 아무리 산화하더라도 전자를 받아 방출을 촉진하는 종은 없을 것입니다.
또한 형성된 가스가 더 이상 중화되지 않고 셀 내부에 압력을 가하는 경우 일 수 있습니다.
아연-탄소 배터리 및 재충전 할 수없는 기타 배터리는 재활용해야합니다. 그 구성 요소, 특히 니켈 카드뮴 구성 요소는 토양과 물을 오염시켜 환경에 해 롭기 때문입니다.
참고 문헌
- Shiver & Atkins. (2008). 무기 화학. (제 4 판). Mc Graw Hill.
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). 화학. (8 판). CENGAGE 학습.
- "드라이 셀"배터리. 출처 : makahiki.kcc.hawaii.edu
- Hoffman S. (2014 년 12 월 10 일). 건전지 란? 출처 : upsbatterycenter.com
- 위드, 제프리. (2017 년 4 월 24 일). 건전지는 어떻게 작동합니까? 과학. 출처 : sciencing.com
- 우드 포드, 크리스. (2016) 배터리. 출처 : explainthatstuff.com.