用过的电池别乱扔,还能给隔壁家的小孩上一课 | 正经玩_风闻
中科院物理所-中科院物理所官方账号-2022-09-03 14:49
原创:中科院物理所
今天小编想换电池的时候
突然分不清哪个是用过的哪个是新的了
不使用如何区分电池的新旧呢?
今天玩点正经有用的!
实验器材
所标杯、电量不同的电池、竖直下落的支架

实验过程
敲黑板,实验要注意安全,千万不要伤到自己哦~
首先,准备两节碱性电池(非充电式)
一节新的,一节已经使用了一段时间的
然后,将两节电池从同一高度下落
观察其落地后弹起的高度

可以看到两节电池的弹跳高度不同

大家猜一猜
新电池和旧电池哪个弹得高呢?
我们来揭晓答案
黑色为满电的新电池
红色是使用过一段时间的电池
电量低的电池弹得比较高

还有科学家们做过进一步的实验
将不同电量的电池一起下落
可以看到电池电量越低
弹起的高度越高
电量到了50%以下时弹跳就达到最高值。

图源DOI:10.1039/C5TA01576F
原理解说
现在我们日常使用的非充电电池,通常都是碱性电池,具有电池容量大、放电时间长的优点。以碱性锌锰电池为例,它的阳极是锌(Zn),阴极是二氧化锰(MnO2),电解质为氢氧化钠(NaOH)或氢氧化钾(KOH)。
锌锰电池的阳极是含有锌粉的凝胶状物质,在下落时吸收冲击的性能更好,所以不容易弹起来。
当碱性电池放电时,阳极由Zn氧化为ZnO,如式(1)和(2)所示
(1)
(2)
式(1)表明,电池会在溶液中产生Zn(OH)42-,直到电解质过饱和,就会开始沉淀为ZnO。
锌阳极变成了更致密的固体,更不容易形变,所以在下落时会更容易弹起。(可以类比成生鸡蛋和熟鸡蛋,施加同样的力时,熟鸡蛋转的更快)
所以弹起的高度取决于锌阳极的氧化水平。
下图为放电前后,放大十倍的阳极扫描电子显微镜成像图:

图源DOI:10.1039/C5TA01576F
(左)放电前,(右)放电后
参考文献
[1] Bhadra S , Hertzberg B J , Hsieh A G , et al. The Relationship between Coefficient of Restitution and State of Charge of Zinc Alkaline Primary LR6 Batteries[J]. Journal of Materials Chemistry A, 2015, 3(18).
[2] Thank qianjin4 for some useful discussion