Celula Daniell este un fel de baterie cupru-zinc care folosește o barieră poroasă între cele două metale. A fost inventat în 1836 de chimistul britanic John Frederic Daniell. Odată folosit pe scară largă în industria telegrafică europeană, a fost înlocuit la sfârșitul secolului al XIX-lea de modele mai moderne de baterii. Astăzi, este folosit în principal în sala de clasă pentru a demonstra cum funcționează bateriile.
Omul de știință italian Alessandro Volta a inventat bateria în 1800. Designul său a folosit o coloană de discuri alternative de zinc și cupru, cu bucăți de carton saturate cu saramură stivuite între fiecare bucată de metal. Această grămadă voltaică a fost folosită în multe experimente electrice, dar cu mai puțin de o oră de viață a bateriei, nu a avut aplicații industriale reale. Daniell a modificat designul lui Volta pentru a crea o baterie cu o durată de viață mai lungă, permițându-i să fie folosită în practică.
Principiul din spatele bateriei lui Daniell și a lui Volta este același. O substanță dizolvată lichidă numită electrolit – în proiectarea lui Volta, saramură dintre plăcile metalice – începe să dizolve zincul și cuprul în ioni încărcați pozitiv. Pe măsură ce ionii părăsesc metalul, electronii liberi rămân în urmă. Zincul se dizolvă mai rapid decât cuprul, ceea ce înseamnă că zincul conține în curând mai mulți electroni. Dacă se conectează cele două bucăți de metal cu un fir, electronii vor migra prin fir de la zinc la cupru, creând un curent electric.
Dacă zincul și cuprul se dizolvă în același electrolit, ca în grămada voltaică, două procese vor scurta durata de viață a bateriei. Dacă este stocat fără ca electricitatea să fie extrasă, atunci ionii de cupru din electrolit vor fi atrași la terminalul de zinc încărcat negativ. Acești ioni se vor cupla apoi cu electronii din zinc, neutralizând sarcina acestuia. În cele din urmă, nu va mai fi disponibil zinc pentru dizolvare. Acest proces este cunoscut sub numele de reducere.
Celălalt proces de ucidere a bateriei are loc atunci când se consumă electricitate. Ionii de zinc vor împinge hidrogenul din electrolit către cupru, unde hidrogenul se acumulează la suprafață și în cele din urmă oprește fluxul de electricitate. Acest proces este cunoscut sub numele de polarizare. Celula Daniell a fost proiectată ca răspuns la problemele duble de reducere a zincului și polarizare. Rezolvă aceste probleme prin izolarea zincului și cuprului în electroliți separati.
Pentru a face o celulă Daniell, un recipient din faianță nesmălțuită poate fi umplut cu acid sulfuric și o bucată de zinc scufundată în ea. Recipientul poate fi apoi plasat într-o cutie de cupru care a fost umplută cu sulfat de cupru. Bariera de faianta mentine zincul si cuprul pe laturi opuse; aceasta împiedică ionii de zinc să trimită hidrogen la cupru, prevenind polarizarea. De asemenea, menține ionii de cupru departe de zinc, prevenind reducerea zincului. Daniell s-a referit la celula sa ca fiind bateria constantă din cauza prevenirii polarizării.
Porii din barieră permit ionilor sulfat încărcați pozitiv să se deplaseze din partea de cupru către partea de zinc. Acest lucru echilibrează fluxul de electroni de la zinc la cupru atunci când circuitul este finalizat. Cantitatea de potențial electric produsă de o celulă Daniell a fost numită volt. Valoarea voltului modern este ușor diferită; o celulă Daniell produce aproximativ 1.1 volți din ziua de azi și are o rezistență internă de aproximativ 2 ohmi.