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Daniell-Zellenoperation

1836
  • John Frederic Daniell
Daniell-Zelle mit Kupfer- und Zinkelektroden in einer elektrochemischen Laboreinrichtung.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Eine Verbesserung gegenüber dem Voltaischer Stapel, Die Daniell-Zelle besteht aus einer Kupferelektrode in einer Kupfer(II)-Sulfatlösung und einer Zinkelektrode in einer Zinksulfatlösung, die durch eine poröse Barriere getrennt sind. Diese Zweiflüssigkeitskonstruktion verhindert die Ansammlung von Wasserstoffgas (Polarisation) an der Kupferelektrode, was zu einer wesentlich stabileren und zuverlässigeren Spannungsquelle für eine längere Dauer führt.

The Daniell cell elegantly solved the primary issue of the Voltaischer Stapel: polarization. In the Voltaic pile, hydrogen bubbles formed on the copper cathode, insulating it and stopping the current. The Daniell cell’s design physically separates the two half-reactions. It typically consists of a central zinc anode immersed in a zinc sulfate solution, which is contained within an unglazed earthenware pot. This porous pot is then placed inside a copper can that serves as the cell’s cathode, filled with a copper sulfate solution.

Die poröse Barriere lässt Ionen durch, um die Ladungsneutralität aufrechtzuerhalten, verhindert aber eine freie Durchmischung der Lösungen. An der Anode wird das Zink oxidiert: [latex]Zn \rightarrow Zn^{2+} + 2e^-[/latex]. An der Kathode werden anstelle von Wasserstoffionen Kupferionen aus der Kupfersulfatlösung reduziert und an der Kupferelektrode abgeschieden: [latex]Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu[/latex].

Da an der Kathode kein Gas erzeugt wird, entfällt das Polarisationsproblem. Dies führt zu einer sehr stabilen und konstanten Spannung von etwa 1,1 Volt, was die Daniell-Zelle zur ersten wirklich praktischen Batterie machte. Ihre Zuverlässigkeit war für die neuen Elektroindustrien des 19. Jahrhunderts von entscheidender Bedeutung, insbesondere für den Telegrafen, der eine konstante Stromquelle für die Kommunikation über große Entfernungen benötigte.

UNESCO Nomenclature: 2203
- Elektrochemie

Typ

Physikalisches Gerät

Störung

Wesentliche

Verwendung

Veraltet

Vorläufer

  • Der Voltaische Pfahl von Alessandro Volta, der das Problem der Polarisierung aufzeigt
  • Michael Faraday’s laws of Elektrolyse, which quantified electrochemical reactions
  • Verbessertes Verständnis ionischer Lösungen und Salze
  • Entwicklung poröser Keramiken für den Einsatz als Separatoren

Anwendungen

  • Stromquelle für frühe Telegrafennetze
  • Stromversorgung von Türklingeln und frühen Telefonsystemen
  • wird als Laborspannungsstandard zur Kalibrierung verwendet
  • Galvanotechnik und Galvanotechnik

Patente:

NA

Potenzielle Innovationsideen

  • self-healing batteries with Flüssigmetall electrodes in immiscible electrolyte phases
  • Membranlose Flussbatterien zur Netzspeicherung basierend auf dem Zwei-Flüssigkeits-Trennprinzip
  • Lehrkits zur Demonstration der wichtigsten elektrochemischen Prinzipien mit ungiftigen Materialien
  • miniaturisierte Daniell-Zellen zur Stromversorgung entfernter, stromsparender Umweltsensoren
  • elektrochemische Reaktoren zur Metallveredelung mit einem ähnlichen Design mit getrennter Lösung
  • Biobatterien, die getrennte biologische Medien für Anoden- und Kathodenreaktionen verwenden
  • Einwegbatterien mit porösen Festkörperseparatoren für mehr Sicherheit
  • artistic ‘electro-etching’ devices powered by stable, low-voltage cells
Verwandt mit: Daniell-Zelle, galvanische Zelle, Elektrochemie, Polarisation, poröse Barriere, Kupfersulfat, Zinksulfat, Spannungsstandard.

Historischer Kontext

Daniell-Zellenoperation

1831
1833
1834
1836
1839-01-01
1842
1847
1831
1832
1834
1835
1838
1841
1845
1850

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

10. Jahr Jubiläum

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