【趣味電力】快沒電的電池,為什么咬一下后就變得有電了呢?
估計很多朋友都有過這樣的經(jīng)歷,各種電器的遙控器、玩具車等里面的電池沒電了,取下來用嘴咬一下,電池的表面發(fā)生一定程度的變形之后,再放回去有可能還可以繼續(xù)使用一段時間。原來放不出電的電池,為何會在咬一下之后突然變得有電了呢?
要回答這個問題,需要了解一下電池的主要結(jié)構(gòu)。電池是一種可以將化學能、光能等能源形式轉(zhuǎn)化為電能的裝置,根據(jù)能量轉(zhuǎn)化方式的不同,可以將電池分為光電池、化學電池等。而我們在日常生產(chǎn)生活中經(jīng)常接觸的電池一般都是化學電池,也叫干電池。不過,干電池的種類也多種多樣,比如不可充電的一次性電池、可充電電池、鉛蓄電池、燃料電池等。我們在遙控器、玩具車等上面用到的一般都是型號為五號或者七號的一次性干電池。
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普通的一次性干電池,從結(jié)構(gòu)上看主要有三大部分組成,一是包裹在最外面的鋅層,其作為電池的負極;二是中間的碳棒,在正面的頂部有一個小突起,以利于電池之間以及與導體之間的對接,碳棒起到電池正極的作用。三是處在鋅層和碳棒之間,填充著具有一定黏性的化學物質(zhì),主要包括石墨、二氧化錳等,而在混合物之間還放有一層纖維網(wǎng),上面涂抹著厚厚的氯化銨、氯化鋅、淀粉等混合物構(gòu)成的電解質(zhì)膠體,所有的這些中間物質(zhì),都能起到傳輸電荷的作用。
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當一次性干電池在工作即處于放電狀態(tài)時,負極的鋅層由于化學性質(zhì)比較活潑,與氯化氨、氯化鋅等發(fā)生氧化反應,而失去電子,這些電子經(jīng)過中間的石墨傳遞給碳棒,經(jīng)過導線通過用電器之后返回到電池的正極上,二氧化錳吸收電子發(fā)生還原反應,從而完成電荷的完整周期轉(zhuǎn)移。一個完整周期的化學反應式為:
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Zn+2MnO2+2NH4Cl=ZnCl2+Mn2O3+2NH3+H2O
從以上反應式可能看出,電池中的碳棒、石墨、淀粉不參與任何反應,只是起到傳遞電荷或者固定電解質(zhì)的作用,實際上消耗的是電池外面包裹的鋅層、中間填充物中的二氧化錳以及纖維網(wǎng)上面的氯化銨等。
當電池工作時,由于鋅的不斷消耗,一方面鋅層會不斷變薄,釋放出相應的氫氣,氫氣的產(chǎn)生在一定程度上會加大電池的內(nèi)阻。與之相對的,正極中的二氧化錳又與化學反應的中間產(chǎn)物-氫氣結(jié)合,還原成三氧化二錳,理論上來說氫氣在一個電荷轉(zhuǎn)移周期內(nèi)的產(chǎn)生量和消耗量是平衡的,但如果一次性干電池工作時間太長,那么電池內(nèi)部的二氧化錳被“還原”得差不多了,對于氫氣的吸收能力會持續(xù)下降,而一旦達到“飽和”,則電池的內(nèi)阻會迅速上升,電荷的轉(zhuǎn)移會受到極大程度地遏制,從而輸出電池持續(xù)變小直至消失,在我們看來電池就沒電了。
作為普通的一次性干電池,由于其填充物基本是以顆粒狀或者糊狀存在的,一方面混合程度不可能達到完全的均勻,另一方面,在電池使用過程中,其參與化學反應的物質(zhì)分布也不可能是各向同性的,這樣就會帶來一種不可避免的情況,那就是在某些區(qū)域參與化學反應的物質(zhì)已經(jīng)消耗完畢,而其它一些區(qū)域反應不完全或者根本沒有參與反應。當我們利用外力,比如用牙咬、用重物壓等方式,可以推動里面的物質(zhì)在一定范圍內(nèi)重新進行分布,就有可能讓這些物質(zhì)重新參與到化學放電反應過程中,在我們看來咬一下電池就突然又有電了。
這里需要指出的是,由于電池在持續(xù)放電過程中,會發(fā)生鋅層變薄的現(xiàn)象,而且放電反應會產(chǎn)生水,電池內(nèi)部的氯化鋅、氯化氨可以形成水溶液,從電池內(nèi)部滲透出來,從而使電池外部發(fā)濕發(fā)粘,而這些物質(zhì)對人體又是有害的,所以不建議用牙直接咬電池,否則不但味道非常刺激不說,而且對身體健康非常不利。?
因此,當我們碰到電池沒電的情況,要盡早更換新的電池來使用,切忌不要用牙來咬。那些用完的電池,要正確的按照分類方式,投入到有害垃圾桶內(nèi),千萬不要用火燒處理、新舊混用或者試著充電,否則極有可能帶來不必要的安全隱患和威脅。
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