伽伐尼电池

原电池、原电池或原电池链是一种将化学能自发转化为电能的装置。 两个不同电极和电解质的任意组合称为原电池，它们用作直流电压源。 特征值是外加电压。 原电池的容量是放电电流乘以时间的乘积。

伽玛尼电池系统地分为三组：

• 原电池，俗称电池。 其特点是组装后电芯充一次电，一次放电一次。 放电是不可逆的——原电池不能再充电。
• 二次电池，俗称蓄电池或简称充电电池。 放电后，二次电池可以通过与放电方向相反的电流再次充电，这就是为什么明确指定为负极和正极比指定为阳极和阴极更可取。 电池中的化学过程是可逆的，受循环次数的限制。 在相同温度下，二次电池的能量密度低于原电池。
• 燃料电池，也称为三级电池。 在这些原电池中，化学能量载体不储存在电池中，而是不断地从外部提供。 这种类型的饲料可实现连续且原则上不受限制的操作。

原电池的功能基于氧化还原反应。 还原和氧化分别在半电池（半元件）中进行。 通过用电子导体和离子导体连接两个半电池来闭合电路。 可以使用 Nernst 方程计算电气空载电压。 这取决于金属的类型（电化学系列）、相应半电池溶液中的浓度和温度。 与电解相反，例如在电镀中，可以在原电池中获得电能，而电解需要电能。

原电池放电时，负极始终为阳极（= 发生氧化的极），正极始终为阴极（= 发生还原的极）。 对此的助记符是“OMA（氧化、负极和阳极）”。 在二次电池的充电过程中，两极的化学反应是相反的：氧化发生在正极，这就是为什么它作为阳极发挥不同的作用 - 因此，负极然后是还原的地方，因此d即阴极。 因此，充电过程中反应的助记符为：“OPA（氧化、正极和阳极）”。

原电池提供电压，直到达到化学平衡。 没有电流流动但存在电极电压的原电池处于电化学平衡状态。

氧化发生在阳极，还原发生在阴极。

除了丹尼尔元件（铜/锌）之外，还可以使用铜和银电极创建原电池：铜电极浸入硫酸铜溶液中，银电极浸入硫酸银溶液中。 它们通过电线（电子导体）与电压表和离子导体连接。

如果两个电极通过电导体相互连接，则电极的不同氧化还原电势确保反应可以继续。 由于铜的氧化还原电势低于银，因此在铜电极处溶解的离子多于在银电极处溶解的离子。 因此，铜电极中的负电荷高于银电极中的负电荷，因此会产生将电子“推”向银电极的电压。 这导致银原子停止溶解；相反，多余的电子与硫酸银溶液中的银离子发生反应，导致它们像普通银原子一样附着在银电极上。

银离子在银电极处被还原为元素银：

2 A g + + 2 e − ⟶ 2 A g

因此，银电极是阴极（发生还原的电极）和原电池的正极（因为这里缺少电子）。

另一方面，铜电极发生以下氧化：

C u ⟶ C u 2 + + 2 e −

铜电极是原电池的阳极（发生氧化的电极）和负极（因为这里有多余的电子）。

因此在原电池中发生氧化还原反应，但反应部分在空间上彼此分开。 因此，电极室通过离子桥（盐桥）相互连接，这是闭合电路所必需的。 离子桥通常是充满电解质的 U 型管，其末端装有膜或隔膜（电化学）。 离子扩散通过盐桥发生，以抵消单个电池的充电。 另一种将电极空间彼此分开的方法是使用选择性渗透膜，这也能实现电荷均衡。 盐离子（在本例中为硝酸根离子）通过离子桥从阴极迁移到阳极，即从银半电池迁移到铜半电池。

丹尼尔电池是一种锌铜电池。 由于锌的惰性，锌半电池是主要发生锌原子氧化的半电池，因为惰性金属有失去电子的趋势。

Z n ⟶ Z n 2 + + 2 e −

该供体半电池（释放电子的半电池）中存在过量电子； 它形成负极。

电子现在通过导电连接从锌棒流向正极，即铜棒。 铜半电池是受体半电池，因为这是发生还原的地方。 铜棒中缺少电子。

C u 2 + + 2 e − ⟶ C u

如果只发生两个电极反应，则锌半电池中的溶液必须带正电，而铜半电池中的溶液将带负电，电子流就会停止。 然而，半电池中的总电荷不会改变，因为阳离子和阴离子的迁移导致溶液中的电荷均衡。

还有原电池具有两个相同的半电池，但它们的浓度不同，这些被称为浓度元件。