乾電池|化学

バッテリーは、化学エネルギーを電気エネルギーに変換する 1 つ以上の電気化学セルで構成されるデバイスです。

1866 年にジョルジュ・ルクランシュが湿式亜鉛炭素電池を開発した後、1886 年に「ドイツの科学者カール・ガスナー」が乾電池を開発しました。乾電池は、今日でも使用されている電気化学電池の 1 つです。 1887 年に生きた日本の科学者であるヤイサキゾウは、現代の乾電池を開発した最初の人でした。

乾電池は、ペースト状の低水分固定化電解質で構成された電気化学電池であり、電池が環境に水分を漏らすのを防ぎます。この結果、簡単に持ち運びできます。

電気では、バッテリーは、バッテリーに蓄えられた化学エネルギーを電気エネルギーに変換するために連携して動作する複数の電気化学セルで構成されています。乾電池は、最も一般的なタイプの電気化学セルの 1 つです。

電解液はペースト状で水分が少なく、流れないため携帯機器への使用に適しています。

鉛蓄電池は、液体電解質を含む湿式電池とは対照的に、このタイプの電池の最も一般的な例の 1 つです。

湿式電池の難点の 1 つは、内部に含まれる液体が電池の外にこぼれないように注意して取り扱わなければならないことです。

乾電池の内部構成

一般的に使用されている乾電池は、直方体または円筒形の亜鉛炭素電池で構成されています。

電気化学反応中、亜鉛を使用して陽極を形成し、炭素棒を使用して陰極を形成します。陰極は、炭素と二酸化マンガン (MnO2) の混合物に囲まれています。

電解質として機能する塩化アンモニウム (NH4Cl) のペーストで満たされ、セル本体の残りの部分は水で満たされています。

さらに、塩化アンモニウム溶液と亜鉛溶液の間にはセパレーターがあります。

これは、2 つの当事者間のあらゆる種類の反応を防ぐのに役立ちます。

乾電池の働き

化学反応は、亜鉛と炭素などの細胞の構成要素の間で発生します。二酸化マンガンと塩化アンモニウムは、互いに反応する 2 つの元素です。これらの化学反応は半細胞反応プロセスと呼ばれ、次のステップが含まれます。

ステップ 1:このステップ (NH4Cl) では、二酸化マンガン (MnO2) と塩化アンモニウムの間の還元反応が起こります。この反応の間、グラファイトの炭素形態は、他の元素の支持体として機能します。その結果、還元反応は次の式で表されます。

2NH4+ 2MnO2 Mn2O4+ H2O

この段階で酸化反応が起こり、陽極が亜鉛容器の場合、Zn2+ + 2e と表されます。

全体的な細胞反応は次のように記述されます:

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

これらの反応の結果、細胞は電流の伝導に必要な電位差を生成することができます。

乾電池にはさまざまな用途があります:

電子機器に関して言えば、それらは最も一般的に使用されるバッテリータイプです。

その結果、以下はそのアプリケーションの一部です:

アルカリ電池は、出力が大きく安価であるため、電卓、時計、時計などの小型携帯機器に使用されています。

カメラや煙警報器などのデバイスは最小限の電力しか必要とせず、リチウム電池のセルあたりの容量は 3 ボルトであるため、リチウム電池はこれらの用途に最適です。

小型モーターの設計の大部分は、動作の動力源として乾電池に依存しています。ニッケル水素、鉛酸ゲル、ニッケルカドミウムは、このカテゴリに分類される化合物のほんの一部です。

乾電池を使用する利点:

乾電池はエネルギー密度が高いため、小型で簡単に製造できるため、持ち運びや持ち運びが簡単です。

それらは非常に安価で、広く入手できます。

このため、環境への危険性の影響は非常に低くなります。

これらの個人は、彼らの間のいかなる種類のつながりについても心配していません.

乾電池の種類

1.亜鉛炭素セル

乾電池を使用する場合は、グラファイト棒または金属電極を金属容器に入れ、含水率の低い電解質ペーストで覆います。ほとんどの場合、金属容器は亜鉛で、亜鉛ベースは負極 (アノード) として機能し、カーボンロードは正極 (カソード) (カソード) として機能します。二酸化マンガンシールドと、塩化アンモニウムペーストなどの水分の少ない電解質が、それを囲むために使用されます。それらは最大 1.5V の電圧を生成でき、可逆的ではありません。

2.充電式アルカリ乾電池

アルカリ電池は、水酸化カリウムまたは水酸化ナトリウムが塩化アンモニウムに取って代わり、半電池反応がより速くなることを除いて、亜鉛-炭素電池とほぼ同じ半電池反応を持ちます.

3.水銀含有細胞

水銀セルでは、水銀がカソードとして機能し、亜鉛金属がアノードとして機能します

4.酸化銀を含むセル

酸化銀 (Ag2O) の還元および塩基性媒体中の亜鉛の酸化における担体として、金属銀は不活性触媒として機能します。

ステップ 1:カソードがアノードと反応します。

ステップ 2:電解質が反応します。

ステップ 3:アノードの反応が発生します。

ステップ 4:状況に対する全体的な反応

水の存在下で、亜鉛は Zn(OH)2 を形成し、銀は 2Ag を形成します。

無水媒体では、全体的な反応が起こります。

鉛蓄積器

鉛蓄電池とも呼ばれる鉛蓄電池は、現在も使用されている最も古いタイプの充電式電池です。

バッテリーは、毎日使用される一般的なエネルギー貯蔵装置です。フランスの物理学者であり発明家であるガストンプランテは、1859 年に鉛蓄電池を発明したとされています。鉛蓄電池の使用は、今でも幅広い用途で普及しています。

これらは、バッテリが車両に必要な巻線電力に大電流を供給できる車両で広く使用されています。

鉛蓄電池は非常に信頼できるという事実にもかかわらず、その寿命は非常に短いです。これらはまた、大きくて輸送が面倒であり、耐用年数の終わりに特殊な除去技術の使用を必要とするさまざまな有毒物質を含んでいます.

このタイプのバッテリーの応答時間は優れており、電力密度は中程度です。鉛蓄電池は、電力変換プロセスで使用される技術に応じて、ほぼ瞬時にエネルギーを受け取ったり供給したりできます。

鉛蓄電池は温度変化の影響を受けるため、寿命を最大限に延ばすために定期的なメンテナンスが必要です。

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