Hvad er Daniell-cellen?
Daniell-cellen er et slags kobber-zink-batteri, der anvender en porøs barriere mellem de to metaller. Det blev opfundet i 1836 af den britiske kemiker John Frederic Daniell. Når den engang var blevet brugt meget i den europæiske telegrafindustri, blev den erstattet i slutningen af det 19. århundrede af mere moderne batteridesign. I dag bruges det primært i klasseværelset til at demonstrere, hvordan batterier fungerer.
Den italienske videnskabsmand Alessandro Volta opfandt batteriet i 1800. Hans design brugte en søjle med skiftevis zink og kobberskiver med saltvandmættede stykker karton stablet mellem hvert stykke metal. Denne Voltaic-bunke blev brugt i mange elektriske eksperimenter, men med mindre end en times batterilevetid havde der ikke nogen reel industriel anvendelse. Daniell ændrede Volta's design for at skabe et batteri med en længere levetid, så det kan bruges til praktisk brug.
Princippet bag Daniels batteri og Volta er det samme. Et flydende opløsningsmiddel kaldet elektrolytten - i Volta's design, saltlage mellem metalpladerne - begynder at opløse zink og kobber i positivt ladede ioner. Idet ionerne forlader metallet, forbliver frie elektroner tilbage. Zinket opløses hurtigere end kobberet, hvilket betyder, at zinken snart indeholder mere elektroner. Hvis man forbinder de to metalstykker med en ledning, trækker elektronerne gennem tråden fra zink til kobber, hvilket skaber en elektrisk strøm.
Hvis zink og kobber opløses i den samme elektrolyt som i Voltaic-bunken, vil to processer forkorte batteriets levetid. Hvis den opbevares uden at trækkes elektricitet, trækkes kobberioner i elektrolytten til den negativt ladede zinkterminal. Disse ioner kobles derefter sammen med elektronerne i zinken og neutraliserer dens ladning. Til sidst vil der ikke være mere zink til rådighed til opløsning. Denne proces kaldes reduktion .
Den anden batteridræbningsproces opstår, når der trækkes elektricitet. Zinkionerne skubber brint i elektrolytten til kobberet, hvor brintet bygger sig op på overfladen og til sidst standser strømmen af elektricitet. Denne proces kaldes polarisering . Daniell-cellen blev designet som svar på de to problemer med zinkreduktion og polarisering. Det løser disse problemer ved at isolere zink og kobber i separate elektrolytter.
For at fremstille en Daniell-celle kan en uglaseret fajancebeholder fyldes med svovlsyre og et stykke zink nedsænket deri. Beholderen kan derefter placeres inde i en kobber dåse, der er blevet fyldt med kobbersulfat. Jordgodsbarrieren holder zink og kobber på modsatte sider; dette forhindrer zinkionerne i at sende brint til kobberet og forhindre polarisering. Det holder også kobberioner væk fra zinken og forhindrer zinkreduktion. Daniell omtalte sin celle som det konstante batteri på grund af dets forebyggelse af polarisering.
Porerne i barrieren tillader positivt ladede sulfationer at køre fra kobbersiden til zinksiden. Dette afbalancerer strømmen af elektroner fra zink til kobber, når kredsløbet er afsluttet. Mængden af elektrisk potentiale produceret af en Daniell-celle blev benævnt volt . Værdien af den moderne volt er lidt anderledes; en Daniell-celle producerer ca. 1,1 af dagens volt og har en intern modstand på ca. 2 ohm.