Daniell-cellen är ett slags koppar-zinkbatteri som använder en porös barriär mellan de två metallerna. Den uppfanns 1836 av den brittiske kemisten John Frederic Daniell. När den en gång användes allmänt i den europeiska telegrafindustrin, ersattes den i slutet av 19-talet av modernare batteridesigner. Idag används den främst i klassrummet för att demonstrera hur batterier fungerar.
Den italienske vetenskapsmannen Alessandro Volta uppfann batteriet 1800. Hans design använde en kolonn av omväxlande zink- och kopparskivor, med saltmättade kartongbitar staplade mellan varje metallbit. Denna voltaiska hög användes i många elektriska experiment, men med mindre än en timmes batteritid, hade den inga riktiga industriella tillämpningar. Daniell modifierade Voltas design för att skapa ett batteri med längre livslängd, vilket gjorde att det kunde användas praktiskt.
Principen bakom Daniells batteri och Voltas är densamma. Ett flytande löst ämne som kallas elektrolyten – i Voltas design, saltlösningen mellan metallplattorna – börjar lösa upp zinken och kopparn till positivt laddade joner. När jonerna lämnar metallen blir fria elektroner kvar. Zinken löser sig snabbare än kopparn, vilket gör att zinken snart innehåller fler elektroner. Om man förbinder de två metallbitarna med en tråd, kommer elektronerna att vandra genom tråden från zinken till kopparn och skapa en elektrisk ström.
Om zinken och kopparn löser sig i samma elektrolyt, som i den voltaiska högen, kommer två processer att förkorta batteriets livslängd. Om den lagras utan att elektricitet dras, kommer kopparjonerna i elektrolyten att dras till den negativt laddade zinkterminalen. Dessa joner kommer sedan att kopplas till elektronerna i zinken och neutralisera dess laddning. Så småningom kommer inte mer zink att finnas tillgängligt för upplösning. Denna process är känd som reduktion.
Den andra batteridödsprocessen inträffar när elektricitet dras. Zinkjonerna kommer att trycka väte i elektrolyten till kopparn, där vätet byggs upp på ytan och så småningom stoppar strömmen av elektricitet. Denna process är känd som polarisering. Daniell-cellen designades som svar på de dubbla problemen med zinkreduktion och polarisering. Det löser dessa problem genom att isolera zink och koppar i separata elektrolyter.
För att göra en Daniell-cell kan en oglaserad lergodsbehållare fyllas med svavelsyra och en bit zink nedsänkas i den. Behållaren kan sedan placeras i en kopparburk som har fyllts med kopparsulfat. Lergodsbarriären håller zinken och kopparn på motsatta sidor; detta hindrar zinkjonerna från att skicka väte till kopparn, vilket förhindrar polarisering. Det håller också kopparjonerna borta från zinken, vilket förhindrar zinkreduktion. Daniell hänvisade till sin cell som det konstanta batteriet på grund av dess förhindrande av polarisering.
Porerna i barriären tillåter positivt laddade sulfatjoner att färdas från kopparsidan till zinksidan. Detta balanserar flödet av elektroner från zinken till kopparn när kretsen är klar. Mängden elektrisk potential som produceras av en Daniell-cell kallades volt. Värdet på den moderna volten är något annorlunda; en Daniell-cell producerar cirka 1.1 av dagens volt och har ett internt motstånd på cirka 2 ohm.