干电池的工作原理是通过内部的化学反应将化学能转化为电能。这种电池通常由以下几个部分组成:
正极:
正极通常由二氧化锌(ZnO₂)和其他添加剂组成。在放电过程中,正极发生氧化反应,释放出电子。
负极:
负极通常由锌或锌合金制成。在放电过程中,负极发生氧化反应,失去电子。
电解质:
电解质通常是强碱性的化合物,如氢氧化钠(NaOH)或氢氧化钾(KOH)。电解质在电池内部起到传导电荷的作用,帮助电子从负极流向正极。
隔离层:
隔离层通常由一种电解质制成,它的作用是防止正极和负极直接接触,从而避免短路。
在干电池放电时,负极的锌与电解质中的氢离子发生反应,生成锌离子和电子:
\[ \text{Zn} + 2\text{H}^+ \rightarrow \text{Zn}^{2+} + \text{H}_2 \]
这些电子通过外部电路流向正极,在正极与二氧化锰(MnO₂)和氯化铵(NH₄Cl)反应,生成锰离子、氮气、水和电子:
\[ \text{Zn}^{2+} + 2\text{MnO}_2 + 2\text{NH}_4^+ \rightarrow \text{Mn}_2\text{O}_3 + 2\text{NH}_3 + 2\text{H}_2\text{O} + 2\text{e}^- \]
电子在外部电路中流动,形成电流,供电器设备使用。当电池内部的化学物质反应完毕,电池的电能就耗尽了。
干电池是一种常见的原电池,广泛应用于各种小型电子设备中,如手电筒、收音机、玩具等。由于它的结构简单、轻便且成本低廉,干电池在日常生活中非常普及。