Daniell-Zellenbau und Funktion der Daniell-Batteriezelle

Daniell-Zelle ist die modifizierte Version der Volta-Zelle. Das Polarisationsschwachpunkt der Volta-Zelle wird in einer Daniell-Zelle überwunden und kann als verbesserte Version der Volta-Zelle betrachtet werden. Konstruktionsmäßig ist die Daniell-Zelle ziemlich einfach.

Konstruktion der Daniell-Zelle

Sie besteht aus einem Kupferbehälter, der mit einer konzentrierten Kupfersulfatlösung gefüllt ist. Im Inneren des Behälters befindet sich ein poröser zylindrischer Topf, der mit verdünnter Schwefelsäure gefüllt und in der konzentrierten Kupfersulfatlösung eintaucht. Ein Zinkstab, der mit Quecksilber amalgamiert ist, wird in der verdünnten Schwefelsäure im porösen Topf eingetaucht. Gemäß den Eigenschaften des verdünnten Elektrolyten existiert die Schwefelsäure in ihrer verdünnten Form mit positiven Wasserstoffionen und negativen Sulfationen. Die Sulfationen, die mit dem Zinkstab in Kontakt kommen, geben Elektronen an den Stab ab und bilden durch eine Oxidationsreaktion Zinksulfat. Als Ergebnis wird der Zinkstab negativ geladen und verhält sich wie eine Kathode.

Die positiven Wasserstoffionen können die poröse Wand des Topfs durchdringen und in die Kupfersulfatlösung gelangen, wo sie sich mit den Sulfationen des Kupfersulfat-Elektrolyten verbinden und Schwefelsäure bilden. Die positiven Kupferionen des Kupfersulfat-Elektrolyten kommen in Kontakt mit der Innenwand des Kupferbehälters, wo sie durch Reduktion Elektronen aufnehmen und zu Kupferatomen werden und sich an der Wand ablagern.

Funktionsweise der Daniell-Zelle

Lassen Sie uns die Funktionsweise der Zelle Schritt für Schritt erklären, um ein besseres Verständnis zu erzielen.

In der verdünnten Schwefelsäurelösung gibt es H+ und SO4– – Ionen.

Die H+-Ionen gelangen durch die Wand des porösen Topfs in die Kupfersulfatlösung. Die Sulfationen der verdünnten Schwefelsäure reagieren mit dem Zinkstab, wobei Zn++-Ionen sich mit SO4—-Ionen verbinden und Zinksulfat (ZnSO4) bilden. Während dieser Oxidationsreaktion lässt jedes Zinkatom zwei Elektronen im Zinkstab zurück. Daher wird der Zinkstab negativ geladen, was bedeutet, dass er als die Kathode der Batterie fungiert.

Die Wasserstoffionen (H+) in der Kupfersulfatlösung bilden Schwefelsäure (H2SO4) und die Kupferionen (Cu++) gelangen zur Wand des äußeren Kupferbehälters.

Die Kupferionen lagern sich als Kupfermetall an der Wand des Kupferbehälters ab, indem sie Elektronen vom Behälter aufnehmen. Als Ergebnis wird der Kupferbehälter positiv geladen, was bedeutet, dass dieser Behälter die Anode der Daniell-Zelle ist. Wenn wir nun eine externe Last zwischen dem zentralen Zinkstab und der peripheren Kupferbehälterwand verbinden, beginnen Elektronen vom Zinkstab zum Kupferbehälter zu fließen.

In der Daniell-Zelle können wir das Nachteil der Polarisation, welches das Hauptproblem der Volta-Zelle ist, vermeiden. Da Wasserstoffgas sich nicht auf der Anode ablagert, da es vor dem Erreichen der Anode (Kupferbehälterwand) Schwefelsäure bildet, entsteht keine Wasserstoffschicht auf der Anode, die die Reduktionsreaktion behindern würde.

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