Батареи - это системы, которые накапливают химическую энергию, а затем выделяют ее в виде электрической энергии, когда они подключены к цепи. Батареи могут быть изготовлены из многих материалов, но все они имеют три основных компонента: металлический анод, металлический катод и электролит между ними. Электролит - это ионный раствор, который позволяет заряду проходить через систему. При подключении нагрузки, такой как электрическая лампочка, происходит окислительно-восстановительная реакция, которая высвобождает электроны из анода, в то время как катод набирает электроны (см. Ссылку 1).
Батарейки могут быть удивительно простыми. Картофель содержит достаточно фосфорной кислоты, чтобы действовать как электролит, и из него можно сделать простую низковольтную батарею. К сделать батарею из картофеля, вам понадобится кусок цинка, например оцинкованный гвоздь, и кусок меди, например медная проволока или пенни. Вставьте оба предмета в картофель и прикрепите их к чему угодно, например к часам или светодиодной лампе. Цинк действует как анод, медь действует как катод, и у вас есть батарея. Он также будет работать с лимонной кислотой лимона (см. Ссылки 2 и 5).
Чтобы сделать простую батарею, не нужно ничего производить. Одна из первых батарей, изобретенных Алессандро Вольта, - это гальваническая батарея. Это стопка чередующихся листов цинка и меди, разделенных бумагой, пропитанной соленой водой или уксусом, в результате чего образуется серия тонких аккумуляторных элементов. Подключение проводов сверху и снизу сваи к нагрузке замыкает цепь. Создаваемое напряжение ограничено, потому что вес батареи может в конечном итоге выдавить электролит между самыми нижними слоями (см. Ссылки 3 и 5).
Если вам нужно больше напряжения, сделайте элемент Даниэля, изобретенный Джоном Фредериком Дэниеллом. Ячейка Даниэля состоит из полоски меди в растворе сульфата меди и полоски цинка в растворе сульфата цинка. Солевой мостик соединяет два раствора электролита. Ячейки могут быть соединены последовательно для получения более высоких напряжений. Как и в случае с другими простыми батареями, цинк теряет электроны, а медь приобретает электроны (см. Ссылки 4 и 5).
В имеющихся в продаже батареях используются различные металлы и электролиты. Аноды могут быть изготовлены из цинка, алюминия, лития, кадмия, железа, металлического свинца, лантаноида или графита. Катоды могут быть изготовлены из диоксида марганца, оксида ртути, оксигидроксида никеля, диоксида свинца или оксида лития. Гидроксид калия является электролитом, используемым в большинстве типов батарей, но в некоторых батареях используется хлорид аммония или цинка, тионилхлорид, серная кислота или оксиды литированных металлов. Точная комбинация зависит от типа батареи. Например, в обычных одноразовых щелочных батареях в качестве электролита используются цинковый анод, катод из диоксида марганца и гидроксид калия (см. Ссылку 6).