Hva er Daniell-cellen?

Daniell-cellen er et slags kobber-sink-batteri som bruker en porøs barriere mellom de to metallene. Den ble oppfunnet i 1836 av den britiske kjemikeren John Frederic Daniell. Når den en gang ble brukt mye i den europeiske telegrafindustrien, ble den erstattet på slutten av 1800-tallet av mer moderne batterikonstruksjoner. I dag brukes det først og fremst i klasserommet for å demonstrere hvordan batterier fungerer.

Den italienske forskeren Alessandro Volta oppfant batteriet i 1800. Hans design brukte en kolonne med vekslende sink- og kobberskiver, med saltlake-mettede stykker papp som var stablet mellom hvert metallstykke. Denne Voltaic-haugen ble brukt i mange elektriske eksperimenter, men med mindre enn en times batterilevetid, hadde ingen virkelige industrielle bruksområder. Daniell endret Volta design for å skape et batteri med lengre levetid, slik at det kan tas i bruk.

Prinsippet bak Daniell batteri og Volta er det samme. Et flytende løst stoff kalt elektrolytten - i Volta design, saltlaken mellom metallplatene - begynner å løse opp sink og kobber i positivt ladede ioner. Når ionene forlater metallet, forblir frie elektroner igjen. Sinken løses opp raskere enn kobberet, noe som betyr at sinket snart inneholder mer elektroner. Hvis man kobler de to metallstykkene med en ledning, vil elektronene vandre gjennom ledningen fra sink til kobber, og skape en elektrisk strøm.

Hvis sink og kobber løses opp i den samme elektrolytten, som i Voltaic-haugen, vil to prosesser forkorte batteriets levetid. Hvis den lagres uten å bli trukket strøm, vil kobberionene i elektrolytten bli trukket til den negativt ladede sinkterminalen. Disse ionene vil da koble seg sammen med elektronene i sinket, og nøytralisere ladningen. Etter hvert vil ikke mer sink være tilgjengelig for oppløsning. Denne prosessen er kjent som reduksjon .

Den andre batteridrepende prosessen skjer når det trekkes strøm. Sinkionene skyver hydrogen i elektrolytten til kobberet, der hydrogenet bygger seg opp på overflaten og til slutt stopper strømmen av elektrisitet. Denne prosessen er kjent som polarisering . Daniell-cellen ble designet som svar på tvillingproblemene med sinkreduksjon og polarisering. Det løser disse problemene ved å isolere sink og kobber i separate elektrolytter.

For å lage en Daniell-celle kan en uglasert leirbeholder fylles med svovelsyre og et stykke sink neddyppet i den. Beholderen kan deretter plasseres i en kobberbok som er fylt med kobbersulfat. Fajanse barrieren holder sink og kobber på motsatte sider; Dette forhindrer at sinkionene sender hydrogen til kobberet, og forhindrer polarisering. Det holder også kobberionene vekk fra sinket, og forhindrer sinkreduksjon. Daniell omtalte cellen sin som det konstante batteriet på grunn av dets forhindring av polarisering.

Porene i barrieren tillater positivt ladede sulfationer å reise fra kobbersiden til sinksiden. Dette balanserer strømmen av elektroner fra sink til kobber når kretsen er fullført. Mengden elektrisk potensial produsert av en Daniell-celle ble kalt volt . Verdien av den moderne volten er litt annerledes; en Daniell-celle produserer omtrent 1,1 av dagens volt og har en indre motstand på omtrent 2 ohm.