Vad är Daniell Cell?
Daniell-cellen är ett slags koppar-zinkbatteri som använder en porös barriär mellan de två metallerna. Det uppfanns 1836 av den brittiska kemisten John Frederic Daniell. När den väl använts i stor utsträckning i den europeiska telegrafbranschen ersattes den i slutet av 1800-talet av modernare batterikonstruktioner. Idag används det främst i klassrummet för att visa hur batterier fungerar.
Den italienska forskaren Alessandro Volta uppfann batteriet 1800. Hans design använde en kolonn med växlande zink- och kopparskivor, med saltvattenmättade kartongbitar staplade mellan varje metallbit. Denna Voltaic-hög användes i många elektriska experiment, men med mindre än en timmes batteritid, hade inga verkliga industriella tillämpningar. Daniell modifierade Volta design för att skapa ett batteri med en längre livslängd, vilket gör det möjligt att använda det praktiskt.
Principen bakom Daniels batteri och Volta är densamma. En flytande lösning som kallas elektrolyten - i Volta design, saltlösningen mellan metallplattorna - börjar lösa zink och koppar i positivt laddade joner. När jonerna lämnar metallen förblir fria elektroner kvar. Zinken upplöses snabbare än koppar, vilket innebär att zinken snart innehåller fler elektroner. Om man ansluter de två metallstyckena med en tråd, kommer elektronerna att migrera genom tråden från zinken till koppar, vilket skapar en elektrisk ström.
Om zink och koppar upplöses i samma elektrolyt, som i Voltaic-högen, kommer två processer att förkorta batteriets livslängd. Om den lagras utan att elektricitet dras, dras kopparjonerna i elektrolyten till den negativt laddade zinkterminalen. Dessa joner kommer sedan att kopplas ihop med elektronerna i zinken och neutralisera dess laddning. Så småningom kommer inte mer zink att finnas tillgängligt för upplösning. Denna process kallas reduktion .
Den andra batteridödningsprocessen inträffar när el dras. Zinkjonerna pressar väte i elektrolyten till koppar, där väte bygger sig upp på ytan och så småningom stoppar elflödet. Denna process kallas polarisering . Daniell-cellen utformades som svar på tvillingproblemen med zinkreduktion och polarisering. Det löser dessa problem genom att isolera zink och koppar i separata elektrolyter.
För att skapa en Daniell-cell kan en orlasad lergodsbehållare fyllas med svavelsyra och en bit zink nedsänkt i den. Behållaren kan sedan placeras inuti en kopparburk som har fyllts med kopparsulfat. Lergodsbarriären håller zink och koppar på motsatta sidor; detta förhindrar zinkjonerna från att skicka väte till koppar och förhindrar polarisering. Det håller också kopparjonerna borta från zinken och förhindrar zinkreduktion. Daniell hänvisade till sin cell som det ständiga batteriet på grund av dess förebyggande av polarisering.
Porerna i barriären tillåter positivt laddade sulfatjoner att röra sig från kopparsidan till zinksidan. Detta balanserar flödet av elektroner från zink till koppar när kretsen är klar. Mängden elektrisk potential som produceras av en Daniell-cell kallades volt . Värdet på den moderna volt är något annorlunda; en Daniell-cell producerar cirka 1,1 av dagens volt och har ett inre motstånd på cirka 2 ohm.