«Всё та же в кране вода, всё те же чашки-ложки»
Неназванный поэт начала 21-го столетия
Сегодня мы поговорим об одном из самых удобных и дорогих способов запасания энергии. Энергии электрической, упакованной в химическую. О батарейках.
Обычная пальчиковая батарейка устроена следующим образом. Нужно взять какой-то материал, который будет выступать в роли анода – отдавать электроны. Например, можно взять цинковый порошок. Ему уготовано судьбой окисляться.
Цинковый порошок находится в контакте с корпусом батарейки, который и служит для снятия отрицательного заряда (с плоского торца).
Затем нам нужно назначить кого-то на роль катода, приемника электронов. Можем взять порошок диоксида марганца, смешанный с порошком графита. Диоксид марганца будет восстанавливаться, а графит нужен для транспорта электронов.
Заряд с катода снимается токосъемником, выходящим наружу в виде этой пимпочки на батарейке. Раньше для этого использовали графитовый стержень.
А еще для лучшего контакта все порошки представлены не в сухом виде, а гелями и пастами.
Наши цинковый анод и оксид-марганцевый катод соединены электролитом, например раствором щелочи KOH. Через электролит замыкается ионная цепь батарейки. Еще в электролите есть мембрана, но не будем о ней.
Зачем городить такой мудреный огород? Порошок цинка, попадая в контакт с электролитом (а точнее с его OH⁻ группами), начинает окисляться до ZnO, в результате чего образуются свободные электроны. Они немного накапливаются на соответствующем полюсе батарейки, создавая там отрицательный потенциал.
Как только батарейку употребляют по назначению, например, вставляют в фонарик, ее полюса оказываются замкнуты через электронную цепь фонарика. Тогда скопившиеся на отрицательном полюсе электроны получают возможность путешествовать дальше, к другому полюсу.
Там их поджидает диоксид марганца, который только теперь и вступает в игру. Он начинает потреблять электроны для восстановления себя с выделением новых OH⁻ групп, которые через электролит подступают к цинку, окисляют его, в результате чего появляются новые электроны – и так по кругу.
А вся эта беготня ради того, чтобы, как пел другой, более ранний поэт:
Мой старый друг, фонарик мой,-
Гори, гори, гори.