페니 전지

페니 전지()는 기존 볼타 전지의 금속 원반(페니)으로 다양한 주화를 사용하는 볼타 전지이다. 동전들은 전해질이 스며든 종이 조각들 사이에 쌓여 있다(오른쪽 그림 참조). 페니 전지 실험은 교육 환경에서 전기화학 단원에서 흔히 이루어진다.

페니 전지의 각 화학 전지는 최대 0.8 볼트를 생산할 수 있으며, 더 높은 전압을 생산하기 위해 여러 개를 함께 쌓을 수 있다. 이 전지는 습전지이므로 전해질이 증발하면 효율성이 감소한다.

 주화 선택 
이름에서 알 수 있듯이 1997년부터 1999년까지의 캐나다 페니는 아연 전극으로, 1942년부터 1996년까지의 페니는 구리로 사용될 수 있다. 또는 1982년 이후의 미국 페니는 아연 전극으로, 1944년부터 1982년까지의 페니는 구리 전극으로 사용될 수 있다. 다양한 다른 주화도 사용될 수 있으며, 결과는 달라질 수 있다.How to make a penny-nickel batteryHow to make a penny battery

 에너지 
전지는 매트보드(전해질)의 산과 상호작용하는 두 금속(전극)의 화학 에너지를 전기 에너지로 변환한다. 이 상황에서 금속 표면은 전극 역할을 하며, 와이어가 두 금속 표면을 연결할 때 전류(전자가 한 금속에서 다른 금속으로 이동)가 생성된다. 첫 한 시간 동안, 5개의 셀로 구성된 페니 전지는 약  와트를 제공할 수 있다. 각 셀은 아연 페니, 매트보드, 구리 페니가 쌓인 것으로 정의된다. 각 셀은 약 0.6 볼트를 제공할 수 있다. 이는 1.7볼트를 필요로 하는 LED 조명을 켜기 위해 단 3개의 셀만 사용하면 된다는 것을 나타낸다. 시간이 지남에 따라 전지가 제공할 수 있는 에너지의 양은 감소한다. 5개의 셀로 구성된 페니 전지는 최소한의 전압을 제공하면서  시간까지 지속될 수 있다. 셀 더미는 볼타 전지라고도 알려져 있다.

 화학 
페니 전지는 표준 볼타 전지로 작동하며, 아연과 산 사이의 산화·환원 반응에 의해 구동된다. 아연은 구리보다 반응성이 높기 때문에 전자는 아연에서 구리로 전해질 용액을 통해 흐른다. 산은 양전하를 띤 수소 이온을 방출하고, 이 이온은 전자와 결합하여 대기 중으로 방출되는 수소 기체를 형성한다. 기체 방출은 엔트로피의 큰 증가와 일치하며, 반응을 비가역적으로 만든다.

반응은 셀의 다른 영역에서 두 개의 개별 반응으로, 또는 하나의 전체 반응으로 쓸 수 있다. 여기에 표시된 반응은 아세트산을 사용하지만, 다양한 다른 산도 사용할 수 있다.

양극에서의 반응Zn(s) → (aq) + 2e−

전해질 용액에서의 반응(aq) + 2e− → (aq) + (g)

전체 반응Zn(s) + (aq) → (aq) + (aq) + (g)

 흔한 오해 
종종 유사한 재료로 만들어지더라도, 이것은 갈바니 전지를 작동시키는 메커니즘과 동일하지 않다. 두 가지 유형의 전지 모두 산을 전해질로, 구리를 음극으로, 아연을 양극이자 산화될 물질로 사용할 수 있다. 그러나 이들은 다른 물질을 환원시킨다. 볼타 전지는 산을 환원시키고, 갈바니 전지는 구리를 환원시킨다. 이는 갈바니 전지가 용해된 구리 이온을 포함하고 있기 때문이며, 이 이온은 환원되어 더 안정한 구리 금속을 형성할 수 있다. 페니 전지와 같은 볼타 전지는 모든 금속이 고체 형태로 시작하므로, 환원될 수 있는 용해된 구리 이온을 포함하지 않는다.

 같이 보기 
 배터리 종류 목록

 각주 

분류:전지 유형