De eerste generatie batterijen waren behoorlijk eenvoudig van opbouw en werkten op basis van zink en koolstof. Laten we deze batterij bespreken. Alle andere soorten batterijen werken volgens dezelfde basisprincipes.
Alle stoffen in de natuur kunnen we onderbrengen in een tabel en rangschikken op basis van zgn. ‘edelheid’. Zo is goud edeler dan ijzer en ijzer edeler dan zink. Breng twee verschillende metalen met elkaar in contact en je krijgt een spanningsverschil. Dit verschil is meetbaar als je de combinatie onderbrengt in een zuur- of zoutoplossing. Het spanningsverschil tussen zink en ijzer is dan ongeveer 0,6 volt. Tussen koolstof en ijzer is het verschil 1,5 volt.
Laat daarom bijvoorbeeld nooit een spijker in een zinken goot liggen, want na enige tijd is op die plek de goot lek. Dit komt, doordat het onedelste metaal (zink) electronen afstaat aan het edelste metaal (ijzer). Het zink oxideert en uiteindelijk is er op het contactvlak geen zink meer over en heb je een gat. Dit principe wordt bij veel stalen schepen toegepast. Onder invloed van zuurstof in het water kan het staal gaan roesten. Door nu tegen de bodem op het kale staal dikke zinkbroodjes aan te brengen worden de zinkbroodjes opgeofferd en blijft het staal in tact.
Dus een eenvoudige batterij werkt, op basis van zink en koolstof, met een spanningsverschil van 1,5 volt. Het ene metaal levert electronen aan het andere metaal. Dit levert een electronenstroom op. Deze batterij bestaat uit een koolstofstaafje in een zinken busje. Het staafje is de pluspool en het busje is de minpool, respectievelijk anode en kathode genoemd. Zolang beide stoffen niet met elkaar in contact komen is er geen chemische reactie, gaat er geen stroom vloeien. Rond het koolstaafje bevindt zich een laag bruinkool. Het busje is verder gevuld met een zgn. electrolytische, zure pasta.
Het chemisch proces gaat nu als volgt. Tijdens een chemische reactie veranderen de anode en kathode van samenstelling. De anode geeft electronen af en verandert in een positief metaal-ion, maar wordt daardoor instabiel. Door uit de zure pasta negatieve hydroxide-ionen te ontrekken kan de anode oxideren.
Deze hydroxide-ionen zijn bij kathode ontstaan. De electronen die daar weer binnen komen verbinden zich met het metaaloxide. Dit metaaloxide splitst vervolgens het water in de zure pasta in positief geladen waterstofionen (H+) en negatief geladen hydroxide-ionen (OH-). Die hydroxide-ionen stromen dus naar de anode gaan daar een verbinding aan met de instabiele, positief geladen metaal-ionen. Rond het koolstaafje vormen zich gasbelletjes die worden geabsorbeerd door de bruinkoollaag. Zou die laag er niet zijn, dan raakt het staafje geïsoleerd en stopt de stroom.
De inwendige isolatie is nooit echt perfect. Of de stroomkring is gesloten of niet, er zal t.g.v. de zure pasta een lekstroom lopen. Hoe dan ook raakt de kathode langzaamaan geoxideerd en vervolgens poreus Hierdoor gaan oude batterijen lekken met een zurige substantie. De nieuwe generatie batterijen zijn daarom voorzien van een coating om dit lekken te verminderen of te voorkomen.
naar boven |
