Qué es una pila seca: estructura y funcionamiento

Una celda seca es la forma más simple de fuente de generación de energía. Varias celdas combinadas forman una batería. La batería de plomo-ácido o níquel-cadmio es la versión avanzada de la batería de celda seca. Esta celda fue inventada por primera vez por el ingeniero francés Georges Leclanche en 1866. Su invento recibió su nombre de batería Leclanche. Pero en ese momento era muy pesado y podía romperse fácilmente. Una celda seca tiene el mismo principio y es la versión avanzada de la batería Leclanche y viene en diferentes voltajes y tamaños. La forma comercial de la batería de zinc-carbono, que es la forma modificada de la batería Leclanche, fue inventada en 1881 por Carl Gassner de Mainz. Se produce en grandes cantidades y se usa en muchas aplicaciones como juguetes, radios, calculadoras, etc.

¿Qué es una celda seca?

Una pila seca es un dispositivo que genera electricidad a partir de reacciones químicas. Cuando los dos electrodos de la celda están conectados por un camino cerrado, la celda obliga a los electrones a fluir de un extremo al otro. El flujo de electrones hace que la corriente fluya a través del circuito cerrado.

Con la ayuda de reacciones químicas, los electrones fluyen de un extremo al otro. Cuando dos o más celdas, conectadas con la polaridad correcta, fluyen más electrones debido al alto potencial. Esta combinación se llama batería. Desde un voltaje mínimo de 1,5 V hasta 100 V, una batería proporciona un rango de voltajes. Incluso el voltaje de CC de salida de la batería se puede regular a diferentes niveles utilizando convertidores electrónicos de potencia, como circuitos chopper.

Estructura celular

La estructura de la celda seca de zinc-carbono se muestra en la figura. Consta del ánodo terminal en forma de varilla de zinc o grafito en general. El carbono forma el terminal del cátodo. Se puede observar que en versiones anteriores de pila seca se utilizaba zinc como cátodo y grafito como ánodo terminal. La selección de elementos se basa básicamente en su configuración química de la órbita más externa de los elementos.

Si tiene más electrones digitales en la órbita más externa, puede actuar como donante y, por lo tanto, forma el cátodo. Asimismo, si el orbital más externo tiene menos electrones, puede aceptar fácilmente y por lo tanto formar el ánodo. El electrolito colocado en el medio actúa como un catalizador para las reacciones químicas. Generalmente, usamos gelatina de cloruro de amonio como electrolito. En la figura que se muestra, el electrolito utilizado es una mezcla de zinc y cloruro. Además, el cloruro de sodio también se usa como electrolito. Una mezcla de dióxido de manganeso y carbono rodea la varilla del ánodo.

Toda la configuración se coloca en un tubo de metal. Se evita que la gelatina se seque usando una brea en la parte superior de la celda. Se coloca una arandela de carbono en la parte inferior. El propósito de esta arandela es evitar que la varilla del ánodo de zinc entre en contacto con el recipiente.

Esto también se llama espaciador, como se muestra en el diagrama. La caja de zinc también está rodeada por aislamiento de papel para fines de aislamiento. Para baterías grandes, otros materiales aislantes como mica, etc. también se utilizan. El terminal positivo del codo se forma en la parte superior. El terminal negativo de la celda se forma en la base.

Funcionamiento de la celda seca

Una batería de celda seca básicamente funciona con reacciones químicas. Debido a las reacciones que ocurren entre el electrolito y los electrodos, los electrones fluyen de un electrodo al otro. Sustancias como los ácidos se disuelven en agua para formar partículas ionizadas. La partícula ionizada es de dos tipos. Los iones positivos se llaman cationes y los iones negativos se llaman aniones. Los ácidos disueltos en agua se llaman electrolitos.

En el diagrama mencionado anteriormente, el cloruro de zinc se forma como electrolito. De manera similar, la gelatina de cloruro de amonio también se forma como electrolito. Las varillas de metal sumergidas en electrolitos forman electrodos. Según las características químicas de las varillas de metal, tenemos un electrodo positivo como ánodo y un electrodo negativo como cátodo.

Los electrodos atraen iones de carga opuesta a su lado. Por ejemplo, el cátodo atrae aniones y el ánodo atrae cationes. En este proceso, los electrones fluyen de una dirección a otra, por lo que obtenemos un flujo de cargas. Esto se llama la corriente.

Reacciones químicas

Las reacciones que tienen lugar en la celda se muestran a continuación. La primera es la reacción de oxidación.

En esto, el cátodo de zinc se oxida a iones de zinc cargados positivamente liberando dos iones. Estos electrones son recogidos por el ánodo. Luego viene la reacción de reducción.

La reacción de reducción en el ánodo se muestra arriba. Esta reacción produce una corriente eléctrica. Libera iones de óxido junto con óxido de magnesio. Esta reacción se forma cuando el magnesio se combina con el electrolito.

Las otras dos reacciones representan una reacción ácido-base y una reacción de precipitación que tienen lugar en la celda seca. En la reacción ácido-base, el NH se combina con OH para producir NH3 con agua. Los resultados son NH3 y base agua.

Diferencia entre celda seca y celda húmeda

La principal diferencia entre la celda seca y la celda húmeda es la forma del electrolito. Como se mencionó anteriormente, en una celda seca, el electrolito, como el cloruro de amonio, es de naturaleza seca. Estas baterías de celda seca son más comunes y se usan en juguetes, radios, etc. Pero en una celda húmeda, el electrolito está en estado líquido.

Se utilizan electrolitos líquidos como el ácido sulfúrico, que es un líquido corrosivo peligroso. Debido a la naturaleza de estos líquidos, la celda húmeda es más explosiva por naturaleza y debe manipularse con cuidado. La mejor ventaja de estas celdas húmedas es que pueden recargarse fácilmente y usarse para muchas aplicaciones. Estas baterías se utilizan comúnmente en la aviación, los servicios públicos, el almacenamiento de energía y las torres de telefonía móvil.

Funciones de celda seca

La función de celda seca se basa en las reacciones químicas entre el electrodo y los electrolitos. Cuando los electrodos se colocan en los electrolitos, atraen hacia ellos iones de carga opuesta. Esto hace que fluyan las cargas y, por lo tanto, se produce corriente.

Ventajas

los beneficios de la pila seca Incluya lo siguiente.

• La batería seca tiene muchas ventajas como
• Él es de tamaño pequeño.
• Puede venir en una variedad de niveles de voltaje.
• Es práctico y tiene muchas aplicaciones.
• Es la única fuente de voltaje de CC.
• Se puede utilizar con circuitos electrónicos de potencia para regular el voltaje de salida
• es recargable

Desventajas

los desventajas de la batería seca Incluya lo siguiente.

• Debe manejarse con cuidado
• es explosivo
• Las baterías de gran capacidad son muy pesadas.

Aplicaciones

los aplicaciones de celda seca Incluya lo siguiente.

• Juguetes
• Aviación
• Teléfonos celulares
• Radio
• Calculadora
• Relojes
• Audífonos

Hemos visto así el funcionamiento, clasificación y aplicaciones de celdas secas. Un punto interesante a tener en cuenta es que la batería solo funciona cuando los electrodos están físicamente en contacto entre sí. Debe haber un medio conductor entre los dos electrodos. La pregunta es si se puede usar agua como medio conductor entre los electrodos de la celda seca. En este caso, ¿qué sucederá si esta celda se sumerge en agua?