Ćwiczenie nr 5.

Kontrolowane wyładowanie ogniwa pierwotnego

1. Wstęp teoretyczny.

Ogniwa pierwotne są to takie ogniwa, które działają jednorazowo, aż do momentu wyczerpania się. Przykładem takiego ogniwa jest ogniwo manganowo-cynkowe, zwane ogniwem Leclanchégo.

Schemat ogniwa Leclanchégo:

(Utl.) Zn (-)  NH₄Cl_(aq)  MnO₂  C (+) (Red.)

Zn Zn²⁺, NH₄Cl, H₂O  MnO₂, C

Zn  NH₄Cl, ZnCl₂  MnO₂, C

Na elektrodzie cynkowej zachodzą procesy:

Zn → Zn²⁺ + 2ē

W półogniwie prawym (Red.) zachodzi najprawdopodobniej reakcja:

2MnO₂ + 2H+ + 2ē → Mn₂O₃ + H₂O

Sumarycznie:

Zn + 2MnO₂ + H₂O → ZnO + 2MnO(OH)

lub

Zn + 2MnO₂ + 2H₂O → Zn(OH)₂ + 2MnO(OH)

Z powyższych reakcji wynika, że potencjał katody zależy od pH roztworu oraz że w miarę pracy ogniwa przestrzeń katodowa alkalizuje się. Przyczyny te powodują zmianę potencjału katody w czasie pracy ogniwa.

Siła elektromotoryczna świeżo przygotowanego ogniwa Leclanchégo zależy od składu materiałów stanowiących elementy ogniwa (zwykle ok. 1,5 - 1,65 V).

Podczas pracy pierwotnego ogniwa Leclanchégo napięcie spada w stopniu zależnym od natężenia pobieranego prądu i czasu pracy tego ogniwa. Ogniwo Leclanchégo jest typowym ogniwem nieodwracalnym i po wyczerpaniu nie nadaje się do regeneracji.

2. Literatura.

• W. Libuś, Z. Libuś; "Elektrochemia"; PWN 1987; Rozdział 1.; str.: 21-22.

• C.L. Mantell; "Elektrochemia przemysłowa"; tłumaczenie zbiorowe; WN-t 1960; Rozdział 23.; str.: 608-619.

3. Cel wykonania ćwiczenia.

Zbadanie charakterystyki wyładowania ogniwa pierwotnego w sposób ciągły poprzez opornik o stałym oporze (wyładowanie stałoprądowe).

4. Zestawienie wyników pomiarów.

5. Schemat obliczeń.

6. Wnioski.

Pierwotnie pręt węglowy umieszczano w porowatym naczyniu napełnionym rozdrobnionym węglem i brausztynem. Oba składniki starannie mieszano, a następnie prasowano w celu uzyskania bardzo dobrego kontaktu pomiędzy poszczególnymi ziarnami. W późniejszych wersjach mieszaninie brausztynu i węgla nadawano za pomocą spoiwa kształt walca w środku którego umieszczano elektrodę cynkową. Elektrolitem był roztwór NH₄Cl, zazwyczaj 20 %.

Ogniwo omówione powyżej było dość kłopotliwe z powodu rozlewania się ciekłego elektrolitu. Zbudowano więc w oparciu o ogniwo Leclanchégo, tak zwane ogniwo suche. Pierwszy tej modyfikacji dokonał w 1888 roku Gassner. Suche ogniwo Gassnera składało się z cynkowego naczynia stanowiącego jednocześnie anodę i obudowę ogniwa, z pręta węglowego otoczonego mieszaniną depolaryzacyjną, umieszczoną w tkaninie oraz z elektrolitu w postaci galarety. Elektrolit w ogniwie suchym zawarty jest w absorbencie, który zapobiega wylewaniu się. Ciekawostką jest to, że ogniwo nie może być zupełnie suche, powinno być zawsze dostatecznie wilgotne.

Schemat budowy takiego ogniwa (bateryjki) przedstawia poniższy rysunek:

1 - kapturek mosiężny; 2 - pręt grafitowy; 3 - masa węglowa nasycona elektrolitem; 4 - przegroda papierowa; 5 - kubek cynkowy; 6 - masa uszczelniająca.

Istnieją dwie podstawowe metody produkcji ogniw suchych. W pierwszej dno i ściany boczne naczynia cynkowego wykłada się tekturą z celulozy siarczynowej i masy drzewnej, a wokół centralnie umieszczonej elektrody węglowej ubija się mieszaninę MnO₂-NH₄Cl-ZnCl₂. U góry tekturę zagina się tak, że pokrywa ona masę depolaryzującą i ogniwo uszczelnia się przez zalanie odpowiednią substancją.

Metoda druga polega na tym, że pręt węglowy oraz otaczającą go mieszaninę elektrolitu i depolaryzatora owija się muślinem i obwiązuje sznurkiem. Całość umieszcza się w cynkowym naczyniu, pozostawiając między ścianą naczynia miejsce na elektrolit. Roztwór salmiaku i ZnCl₂ zagęszcza się za pomocą mąki lub innych materiałów żelujących (skrobia).

Michał Szałkowski

Para nr V.

Ćwiczenie nr 5.

.

2

Data wykonania ćwiczenia: 29.11.2002r.

Michał Szałkowski

Para nr V.

1

---