La celda Daniell es una especie de batería de cobre y zinc que emplea una barrera porosa entre los dos metales. Fue inventado en 1836 por el químico británico John Frederic Daniell. Una vez utilizado ampliamente en la industria del telégrafo europeo, fue reemplazado a finales del siglo XIX por diseños de baterías más modernos. Hoy en día, se usa principalmente en el aula para demostrar cómo funcionan las baterías.
El científico italiano Alessandro Volta inventó la batería en 1800. Su diseño utilizó una columna de discos de zinc y cobre alternos, con pedazos de cartón saturados de salmuera apilados entre cada pieza de metal. Esta pila voltaica se usó en muchos experimentos eléctricos, pero con menos de una hora de duración de la batería, no tenía aplicaciones industriales reales. Daniell modificó el diseño de Volta para crear una batería con una vida más larga, lo que le permitió ser utilizada en la práctica.
El principio detrás de la batería de Daniell y la de Volta es el mismo. Un soluto líquido llamado electrolito, en el diseño de Volta, la salmuera entre las placas de metal, comienza a disolver el zinc y el cobre en iones con carga positiva. A medida que los iones abandonan el metal, quedan electrones libres. El zinc se disuelve más rápidamente que el cobre, lo que significa que el zinc pronto contiene más electrones. Si uno conecta las dos piezas de metal con un cable, los electrones migrarán a través del cable desde el zinc al cobre, creando una corriente eléctrica.
Si el zinc y el cobre se disuelven en el mismo electrolito, como en la pila Voltaic, dos procesos acortarán la vida útil de la batería. Si se almacena sin que se extraiga electricidad, entonces los iones de cobre en el electrolito se atraerán al terminal de zinc con carga negativa. Estos iones luego se acoplarán con los electrones en el zinc, neutralizando su carga. Eventualmente, no habrá más zinc disponible para disolución. Este proceso se conoce como reducción.
El otro proceso de agotamiento de la batería ocurre cuando se está consumiendo electricidad. Los iones de zinc empujarán el hidrógeno del electrolito hacia el cobre, donde el hidrógeno se acumula en la superficie y finalmente detiene el flujo de electricidad. Este proceso se conoce como polarización. La celda Daniell fue diseñada en respuesta a los problemas gemelos de la reducción y polarización del zinc. Resuelve estos problemas aislando el zinc y el cobre en electrolitos separados.
Para hacer una celda Daniell, se puede llenar un recipiente de barro sin esmaltar con ácido sulfúrico y sumergir un trozo de zinc en él. Luego, el recipiente se puede colocar dentro de una lata de cobre que se ha llenado con sulfato de cobre. La barrera de loza mantiene el zinc y el cobre en lados opuestos; esto evita que los iones de zinc envíen hidrógeno al cobre, evitando la polarización. También mantiene los iones de cobre alejados del zinc, evitando la reducción del zinc. Daniell se refirió a su celda como la batería constante debido a que evita la polarización.
Los poros de la barrera permiten que los iones sulfato cargados positivamente viajen desde el lado del cobre al lado del zinc. Esto equilibra el flujo de electrones del zinc al cobre cuando se completa el circuito. La cantidad de potencial eléctrico producido por una celda Daniell se denominó voltio. El valor del voltio moderno es ligeramente diferente; una celda Daniell produce aproximadamente 1.1 voltios actuales y tiene una resistencia interna de aproximadamente 2 ohmios.