Батарейка -пенни — это гальванический столб , в котором в качестве металлических дисков (пенни) традиционного гальванического столба используются различные монеты . Монеты укладываются друг на друга с кусочками бумаги, пропитанной электролитом (см. схему справа). Эксперимент с батарейкой-пенни является обычным явлением на уроках электрохимии в образовательных учреждениях.
Каждая ячейка в батарейке-пенни может вырабатывать до 0,8 вольт , и многие из них могут быть сложены вместе для получения более высоких напряжений. Поскольку батарея представляет собой мокрую ячейку , ее эффективность будет снижаться при испарении электролита.
Как следует из названия, канадские пенни с 1997 по 1999 год могут служить цинковым электродом , а пенни 1942-1996 годов - медным . В качестве альтернативы, американские пенни с 1982 года по настоящее время могут использоваться в качестве цинковых электродов, а пенни 1944-1982 годов - в качестве медных электродов. Также можно использовать множество других монет, с разными результатами. [1] [2]
Батарейки преобразуют химическую энергию двух металлов (электродов), взаимодействующих с кислотой на подложке (электролитом), в электрическую энергию. В этой ситуации металлическая поверхность служит электродом, а электрический ток (перемещение электронов от одного металла к другому) создается, когда провод соединяет обе металлические поверхности. В течение первого часа пятиэлементная пенни-батарея способна обеспечить около5 × 10 −4 Вт. Каждая ячейка определяется как стопка из цинкового пенни, матовой доски и медного пенни. Каждая ячейка может обеспечить около 0,6 вольт. Это означает, что для питания светодиодной лампы, требующей 1,7 вольт, нужно использовать всего три ячейки. Со временем количество энергии, которое может обеспечить батарея, уменьшается. Пятиэлементная пенни-батарейка может прослужить до 6+1 ⁄ 2 часа, обеспечивая минимальное напряжение. Стопка ячеек также известна как вольтов столб. [3] [4] [5]
Пенни-батарейка функционирует как стандартный гальванический столб и питается от окислительно-восстановительной реакции между цинком и кислотой. Электроны текут через раствор электролита от цинка к меди, поскольку цинк имеет более высокую активность, чем медь. [6] Кислота высвобождает положительно заряженные ионы водорода , которые соединяются с этими электронами, образуя водородный газ, который улетучивается в атмосферу. Выделение газа соответствует большому увеличению энтропии , что делает реакцию необратимой .
Реакцию можно записать как две отдельные реакции в разных областях клетки или как одну общую реакцию. В реакциях, показанных здесь, используется уксусная кислота , но также могут использоваться и другие кислоты.
Несмотря на то, что они часто изготавливаются из похожих материалов, это не тот же механизм, который питает гальванический элемент . Оба типа элементов могут использовать кислоту в качестве электролита, медь в качестве катода, а цинк как анод и как вещество, которое окисляется. Однако они вызывают восстановление разных веществ: гальванические элементы восстанавливают кислоту, а гальванические элементы восстанавливают медь. Это происходит потому, что гальванические элементы содержат растворенные ионы меди, которые могут быть восстановлены с образованием более стабильного медного металла. Гальванические элементы, такие как пенни-батарейка, изначально имеют весь свой металл в твердой форме, поэтому они не содержат растворенных ионов меди, которые могут быть восстановлены.