תא יבש הוא סוללה אשר בינוני אלקטרוליטי מורכב משחה ולא פתרון. עם זאת, לעיסה זו יש רמת לחות מסוימת, ומסיבות אלה אינה יבשה לחלוטין.
כמות המים הקטנה מספיקה בכדי שהיונים יזוזו וכתוצאה מכך גם את זרימת האלקטרונים בתוך התא.
מקור: אמיליאן רוברט ויקול דרך פליקר.
היתרון העצום שלה על פני הסוללות הרטובות הראשונות הוא שכיוון שמדובר בעיסה אלקטרוליטית, לא ניתן לשפוך את תוכנו; מה שקרה לסוללות רטובות שהיו מסוכנות ועדינות יותר מאשר עמיתיהם היבשים. בהתחשב באפשרות של שפיכה, התא היבש מוצא שימוש במכשירים ניידים רבים.
בתמונה העליונה יש סוללת פחמן אבץ יבשה. ליתר דיוק, מדובר בגרסה מודרנית של ערימת Georges Leclanché. מכל זה הוא הנפוץ ביותר ואולי הפשוט ביותר.
מכשירים אלה מייצגים נוחות אנרגטית בגלל העובדה שיש להם אנרגיה כימית בכיס שניתן להפוך לחשמל; ובדרך זו, לא תלוי בשקעי החשמל או באנרגיה המסופקת על ידי תחנות כוח גדולות ורשת המגדלים והכבלים העצומים שלהם.
מבנה תאים יבש
מהו המבנה של תא יבש? בתמונה תוכלו לראות את הכריכה שלו, שהיא לא יותר מסרט פולימרי, פלדה, ושני המסופים אשר מכונות הבידוד שלהם בולטות מקדימה.
עם זאת, זו רק המראה החיצוני שלה; בתוכה שוכנים החלקים החשובים ביותר שלה, המבטיחים את תפקודו התקין.
לכל תא יבש יהיו מאפיינים משלו, אך רק תאים של אבץ-פחמן ייחשבו, מהם ניתן לתאר מבנה כללי לכל שאר הסוללות.
סוללה מובנת כאיחוד של שתי סוללות או יותר, והאחרונות הן תאים וולטיים, כפי שיוסבר בסעיף עתידי.
אלקטרודות
מקור: ויקיפדיה
התמונה העליונה מציגה את המבנה הפנימי של סוללת פחמן אבץ. לא משנה מהו התא הוולטאי, תמיד צריכים להיות (בדרך כלל) שתי אלקטרודות: האחת מהן מפוטרים אלקטרונים, והשנייה שמקבלת אותם.
אלקטרודות הן חומרים מוליכים חשמליים, וכדי שיהיה זרם, לשניהם חייבים להיות אלקטרונגטיביות שונות.
לדוגמא, אבץ, פח לבן הסוגר את הסוללה, הוא המקום בו האלקטרונים יוצאים למעגל החשמל (המכשיר) אליו הוא מחובר.
לעומת זאת, בכל המדיום נמצאת אלקטרודת הפחמן הגרפיטית; טובל גם בעיסה המורכבת מ- NH 4 Cl, ZnCl 2 ו- MnO 2 .
האלקטרודה הזו היא זו שמקבלת את האלקטרונים, ושים לב שיש לה את הסמל '+', מה שאומר שהיא הטרמינל החיובי של הסוללה.
מסופים
כפי שנראה מעל מוט הגרפיט בתמונה, יש את המסוף החשמלי החיובי; ומתחת, האבץ הפנימי שממנו זורמים אלקטרונים, המסוף השלילי.
לכן הסוללות מסומנות '+' או '-' כדי לציין את הדרך הנכונה לחבר אותן למכשיר וכך לאפשר לו להידלק.
חול ושעווה
למרות שלא מוצג, העיסה מוגנת על ידי חול ריפוד וחותם שעווה המונע ממנה לשפוך או לבוא במגע עם הפלדה תחת השפעות מכניות קלות או תסיסה.
תִפקוּד
כיצד פועל תא יבש? ראשית, זהו תא וולטאי, כלומר הוא מייצר חשמל מתגובות כימיות. לכן, בתוך תאים, מתרחשות תגובות רדוקס, בהן המין מרוויח או מאבד אלקטרונים.
האלקטרודות משמשות כמשטח המאפשר ומאפשר התפתחות של תגובות אלו. תלוי במטענים שלהם, חמצון או הפחתה של המין יכולים להתרחש.
כדי להבין זאת טוב יותר, יוסבר רק ההיבטים הכימיים של סוללת האבץ-פחמן.
חמצון אלקטרודות אבץ
ברגע שהמכשיר האלקטרוני מופעל, הסוללה תשחרר אלקטרונים על ידי חמצון אלקטרודת האבץ. ניתן לייצג זאת על ידי המשוואה הכימית הבאה:
Zn => Zn 2+ + 2e -
אם יש הרבה Zn 2+ סביב המתכת, תתרחש הטיית מטען חיובית, כך שלא תהיה חמצון נוסף. לכן, ה- Zn 2+ צריך להתפזר דרך העיסה לכיוון הקתודה, שם האלקטרונים ייכנסו חזרה.
ברגע שהאלקטרונים הפעילו את החפץ, הם חוזרים לאלקטרודה השנייה: הגרפיט, כדי למצוא כמה מינים כימיים "מחכים" לה.
הפחתת אמוניום כלוריד
כאמור, יש בפסטה NH 4 Cl ו- MnO 2 , חומרים שהופכים את רמת החומציות שלה לחומצית. ברגע שהאלקטרונים ייכנסו, התגובות הבאות יתרחשו:
2NH 4 + + 2e - => 2NH 3 + H 2
שני המוצרים, אמוניה ומימן מולקולרי, NH 3 ו- H 2 , הם גזים, ולכן יכולים "לתפוח" את הסוללה אם הם לא עוברים טרנספורמציות אחרות; כמו השניים הבאים:
Zn 2+ + 4NH 3 => 2+
H 2 + 2MnO 2 => 2MnO (OH)
שימו לב שהאמוניה הופחתה (אלקטרונים צברו) והפכה ל- NH 3 . לאחר מכן ניטרלו גזים אלה על ידי שאר מרכיבי העיסה.
קומפלקס 2+ מאפשר להפיץ את יוני Zn 2+ לכיוון הקתודה ובכך מונע מהתא "להיתקע".
המעגל החיצוני של המכשיר מתפקד כגשר עבור האלקטרונים; אחרת לעולם לא יהיה קשר ישיר בין פח האבץ לבין אלקטרודת הגרפיט. בתמונת המבנה, מעגל זה ייצג את הכבל השחור.
הורד
תאים יבשים מגיעים בשלל גרסאות, גדלים ומתחי עבודה. חלקם אינם נטענים (תאים וולטאיים ראשוניים) ואילו אחרים (תאים וולטאיים משניים).
לסוללת האבץ-פחמן מתח עבודה של 1.5 וולט. הצורות שלהם משתנות על בסיס האלקטרודות שלהם והרכב האלקטרוליטים שלהם.
תגיע נקודה בה כל האלקטרוליט הגיב, ולא משנה כמה האבץ מתחמצן לא יהיו מינים שיקבלו את האלקטרונים ומקדמים את שחרורם.
יתרה מזאת, ייתכן שהמקרה בו הגזים שנוצרו כבר אינם מנוטרלים ונשארים מפעילים לחץ בתוך התאים.
יש למחזר סוללות פחמן-אבץ וסוללות אחרות שאינן נטענות. מכיוון שמרכיביה, ובמיוחד רכיבי ניקל-קדמיום, מזיקים לסביבה על ידי אדמת מים ומים מזהמים.
הפניות
- שיבר ואטקינס. (2008). כימיה אורגנית. (גרסה רביעית). מק גריי היל.
- וויטן, דייויס, פק וסטנלי. (2008). כִּימִיָה. (מהדורה 8). לימוד CENGAGE.
- הסוללה "יבשה". התאושש מ: makahiki.kcc.hawaii.edu
- הופמן ס. (10 בדצמבר 2014). מהי סוללת תאים יבשים? התאושש מ: upsbatterycenter.com
- עשב, ג'פרי. (24 באפריל 2017). כיצד פועלות סוללות תאים יבשים? מדע. התאושש מ: sciencing.com
- וודפורד, כריס. (2016) מצברים. התאושש מ-: declarthatstuff.com.