伽伐尼電池

原電池、原電池或原電池鏈是一種將化學能自發轉化為電能的裝置。 兩個不同電極和電解質的任意組合稱為原電池，它們用作直流電壓源。 特征值是外加電壓。 原電池的容量是放電電流乘以時間的乘積。

伽瑪尼電池系統地分為三組：

• 原電池，俗稱電池。 其特點是組裝后電芯充一次電，一次放電一次。 放電是不可逆的——原電池不能再充電。
• 二次電池，俗稱蓄電池或簡稱充電電池。 放電后，二次電池可以通過與放電方向相反的電流再次充電，這就是為什么明確指定為負極和正極比指定為陽極和陰極更可取。 電池中的化學過程是可逆的，受循環次數的限制。 在相同溫度下，二次電池的能量密度低于原電池。
• 燃料電池，也稱為三級電池。 在這些原電池中，化學能量載體不儲存在電池中，而是不斷地從外部提供。 這種類型的飼料可實現連續且原則上不受限制的操作。

原電池的功能基于氧化還原反應。 還原和氧化分別在半電池（半元件）中進行。 通過用電子導體和離子導體連接兩個半電池來閉合電路。 可以使用 Nernst 方程計算電氣空載電壓。 這取決于金屬的類型（電化學系列）、相應半電池溶液中的濃度和溫度。 與電解相反，例如在電鍍中，可以在原電池中獲得電能，而電解需要電能。

原電池放電時，負極始終為陽極（= 發生氧化的極），正極始終為陰極（= 發生還原的極）。 對此的助記符是“OMA（氧化、負極和陽極）”。 在二次電池的充電過程中，兩極的化學反應是相反的：氧化發生在正極，這就是為什么它作為陽極發揮不同的作用 - 因此，負極然后是還原的地方，因此d即陰極。 因此，充電過程中反應的助記符為：“OPA（氧化、正極和陽極）”。

原電池提供電壓，直到達到化學平衡。 沒有電流流動但存在電極電壓的原電池處于電化學平衡狀態。

氧化發生在陽極，還原發生在陰極。

除了丹尼爾元件（銅/鋅）之外，還可以使用銅和銀電極創建原電池：銅電極浸入硫酸銅溶液中，銀電極浸入硫酸銀溶液中。 它們通過電線（電子導體）與電壓表和離子導體連接。

如果兩個電極通過電導體相互連接，則電極的不同氧化還原電勢確保反應可以繼續。 由于銅的氧化還原電勢低于銀，因此在銅電極處溶解的離子多于在銀電極處溶解的離子。 因此，銅電極中的負電荷高于銀電極中的負電荷，因此會產生將電子“推”向銀電極的電壓。 這導致銀原子停止溶解；相反，多余的電子與硫酸銀溶液中的銀離子發生反應，導致它們像普通銀原子一樣附著在銀電極上。

銀離子在銀電極處被還原為元素銀：

2 A g + + 2 e ? ? 2 A g

因此，銀電極是陰極（發生還原的電極）和原電池的正極（因為這里缺少電子）。

另一方面，銅電極發生以下氧化：

C u ? C u 2 + + 2 e ?

銅電極是原電池的陽極（發生氧化的電極）和負極（因為這里有多余的電子）。

因此在原電池中發生氧化還原反應，但反應部分在空間上彼此分開。 因此，電極室通過離子橋（鹽橋）相互連接，這是閉合電路所必需的。 離子橋通常是充滿電解質的 U 型管，其末端裝有膜或隔膜（電化學）。 離子擴散通過鹽橋發生，以抵消單個電池的充電。 另一種將電極空間彼此分開的方法是使用選擇性滲透膜，這也能實現電荷均衡。 鹽離子（在本例中為硝酸根離子）通過離子橋從陰極遷移到陽極，即從銀半電池遷移到銅半電池。

丹尼爾電池是一種鋅銅電池。 由于鋅的惰性，鋅半電池是主要發生鋅原子氧化的半電池，因為惰性金屬有失去電子的趨勢。

Z n ? Z n 2 + + 2 e ?

該供體半電池（釋放電子的半電池）中存在過量電子； 它形成負極。

電子現在通過導電連接從鋅棒流向正極，即銅棒。 銅半電池是受體半電池，因為這是發生還原的地方。 銅棒中缺少電子。

C u 2 + + 2 e ? ? C u

如果只發生兩個電極反應，則鋅半電池中的溶液必須帶正電，而銅半電池中的溶液將帶負電，電子流就會停止。 然而，半電池中的總電荷不會改變，因為陽離子和陰離子的遷移導致溶液中的電荷均衡。

還有原電池具有兩個相同的半電池，但它們的濃度不同，這些被稱為濃度元件。