乾燥細胞バッテリーはどのように機能しますか?
コンポーネント
* アノード: これは、通常は亜鉛で作られた負の端子です。 酸化が発生する場所(電子の損失)です。
* カソード: これは、通常、二酸化マンガン(MNO2)に囲まれたカーボンロッドで作られた正の末端です。還元が発生する場所(電子の獲得)です。
* 電解質: 乾燥細胞では、電解質は塩化アンモニウム(NH4Cl)と塩化亜鉛(ZNCL2)のペースト状の混合物です。電極間を移動するイオンの導体として機能します。
* 分離器: 紙や段ボールのような多孔質材料は、アノードとカソードを分離し、直接接触を防ぎますが、イオンの流れが可能になります。
化学反応
1。アノードでの酸化: アノードの亜鉛原子は電子を失い、亜鉛イオン(Zn2+)になります。これは、次の半分反応で表されます。
Zn(s)→Zn2 +(aq) + 2e-
2。カソードでの減少: 二酸化マンガン(MNO2)は、電解質からのアノードおよびアンモニウムイオン(NH4+)の電子と反応します。これにより、酸化マンガン水酸化物(MNOOH)とアンモニア(NH3)が形成されます。半反応は次のようになります:
2mno2(s) + 2nh4 +(aq) + 2e-→mn2o3(s) + 2nh3(aq) + h2o(l)
3。全体的な反応: 乾燥細胞の全体的な化学反応は次のとおりです。
Zn(s) + 2mno2(s) + 2nh4 +(aq)→zn2 +(aq) + mn2o3(s) + 2nh3(aq) + h2o(l)
電気を生成する方法
* 電子流: アノードで放出された電子は、外部回路を通ってカソードに流れます(デバイスの電源)。
* イオンの動き: 電解質により、イオンが移動できます。 亜鉛イオンはアノードからカソードに向かって移動し、アンモニウムイオン(NH4+)は電解質からカソードに移動します。これにより、電気的中性が維持されます。
キーポイント
* 直接電流(DC): 乾燥細胞は直接電流を生成します。つまり、電子は一方向に流れます。
* 電圧: 乾燥細胞の電圧は、使用される特定の化学物質とその濃度に依存します。一般的な乾燥細胞の電圧は1.5ボルトです。
* 限定寿命: 化学反応が最終的に反応物を消費し、電解質が乾燥する可能性があるため、乾燥細胞の寿命は限られています。
* 非再充電可能: 乾燥細胞は通常、補充できません。電気を生成する化学反応は不可逆的です。
乾燥細胞の種類
* 炭素亜鉛(塩化亜鉛)細胞: 最も一般的なタイプは安価ですが、エネルギー密度が低く、寿命が短いです。
* アルカリ細胞: 水酸化カリウム(KOH)電解質を使用して、エネルギー密度が高く、寿命が長くなります。
* リチウム細胞: リチウム金属をアノードおよびさまざまなカソードとして使用し、エネルギー密度が高く、寿命が長くなります。
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