Alkalna baterija je baterija u kojoj je pH svog sastava elektrolita je osnovni. To je glavna razlika između ove baterije i mnogih drugih gdje su njeni elektroliti kiseli; kao što je slučaj s cink-ugljik baterije da upotreba NH 4 Cl soli, ili čak i koncentrirane sumporne kiseline u akumulatora.
Ujedno je i suha stanica, budući da su osnovni elektroliti u obliku paste s malim postotkom vlažnosti; ali dovoljno da omogući migraciju iona koji sudjeluju u kemijskim reakcijama prema elektrodama i na taj način dovrši krug elektrona.
Izvor: Mike Mozart putem Flickr-a.
Na slici gore je Duracell 9V baterija, jedan od najpoznatijih primjera alkalnih baterija. Što je baterija veća, to joj je duži životni vijek i radna sposobnost (pogotovo ako se koriste za energetski intenzivne uređaje). Za male uređaje imate AA i AAA baterije.
Druga razlika osim pH njihovog sastava elektrolita je ta što oni, punjivi ili ne, obično traju duže od kiselih baterija.
Dijelovi alkalne baterije
U cinko-ugljičnoj bateriji nalaze se dvije elektrode: jedna od cinka, a druga grafitnog ugljika. U „osnovnoj verziji” jedan od elektroda grafit umjesto se sastoji mangan (IV) oksida, MnO 2 pomiješan s grafitom.
Površina obje elektrode se troši i prekriva ih krutina koja nastaje reakcijama.
Izvor: Glavni nositelj, iz Wikimedia Commonsa
Također, umjesto limenke s homogenom površinom cinka kao spremnika ćelija, postoji niz kompaktnih diskova (gornja slika).
U sredini svih diskova nalazi se štap MnO 2, na čijem se gornjem kraju nalazi izolacijska pločica i označava pozitivni terminal (katoda) akumulatora.
Imajte na umu da su diskovi prekriveni poroznim i metalnim slojem; potonji bi također mogao biti tanki plastični film.
Baza ćelije je negativni terminal, gdje cink oksidira i oslobađa elektrone; ali njima je potreban vanjski krug da dosegnu vrh akumulatora, njegov pozitivni terminal.
Površina cinka nije glatka, kao što je slučaj sa Leclancheovim stanicama, ali hrapava; to jest, imaju mnogo pora i veliku površinu koja povećava aktivnost baterije.
Osnovni elektroliti
Oblik i struktura baterija mijenjaju se prema vrsti i dizajnu. Međutim, sve alkalne baterije imaju zajednički pH svog sastava elektrolita, što je posljedica dodavanja NaOH ili KOH u pastu.
Zapravo, OH ioni - oni koji sudjeluju u reakcijama odgovornim za električnu energiju ovih objekata.
Funkcioniranje
Kad je alkalna baterija spojena na aparat i uključena, cink odmah reagira s OH - iz paste:
Zn (s) + 2OH - (aq) => Zn (OH) 2 (s) + 2e -
Dva elektrona oslobođena oksidacijom cinka putuju u vanjski krug, gdje su odgovorni za pokretanje elektroničkog mehanizma uređaja.
Zatim se vraćaju u bateriju kroz pozitivni terminal (+), katodu; to jest, oni prolaze kroz MnO 2- grafitnu elektrodu. Kako tjestenina ima određenu vlažnost, odvija se sljedeća reakcija:
2MnO 2 (s) + 2H 2 O (l) + 2e - => 2MnO (OH) (S) + 2OH - (aq)
Sada se MnO 2 smanjuje ili dobiva elektrone Zn. Upravo iz tog razloga ovaj terminal odgovara katodi, gdje se događa redukcija.
Imajte na umu da se OH - regenerira na kraju ciklusa radi ponovnog pokretanja oksidacije Zn; drugim riječima, difundiraju u sredinu paste dok ponovno ne dođu u kontakt s cinkom u prahu.
Isto tako, nisu plinoviti produkti nastaju, kao što se događa sa cink-ugljik, gdje stanice NH 3 i H 2 generiraju.
Doći će točka kada će cijela površina elektrode biti prekrivena krutinama Zn (OH) 2 i MnO (OH), čime će se okončati vijek trajanja baterije.
Punjive baterije
Opisana alkalna baterija se ne može puniti, pa kad je jednom „mrtva“, nema više mogućnosti da je ponovo koristite. To nije slučaj s punjivim, za koje je karakteristično da imaju reverzibilne reakcije.
Da bi se proizvodi pretvorili u reaktante, električna struja se mora primijeniti u suprotnom smjeru (ne od anode do katode, već od katode do anode).
Primjer punjive alkalne baterije je NiMH. Sastoji se od NiOOH anode, koja gubi elektrone na katodi nikl hidrida. Kada se baterija koristi, ona se prazni i odatle dolazi poznata fraza "napunite bateriju".
Dakle, može se puniti stotinama puta, prema potrebi; međutim, vrijeme se ne može u potpunosti preokrenuti i dostići izvorne uvjete (što bi bilo neprirodno).
Također, ne može se puniti na proizvoljni način: moraju se slijediti preporučene smjernice proizvođača.
Zato prije ili kasnije ove baterije također propadnu i izgube svoju učinkovitost. Međutim, prednost je što se ne može brzo upotrijebiti, što manje doprinosi onečišćenju.
Ostale punjive baterije su nikal-kadmijumske i litijeve baterije.
Prijave
Izvor: Pxhere.
Neke su varijante alkalnih baterija toliko male da se mogu koristiti u satovima, daljinskim upravljačima, satovima, radio prijemnicima, igračkama, računalima, konzolama, svjetiljkama itd. Drugi su veći od figurice klona Star Wars.
U stvari, to su oni na tržištu koji prevladavaju u odnosu na druge vrste baterija (barem za kućnu upotrebu). Traju duže i stvaraju više električne energije od klasičnih Leclanché baterija.
Iako cink-manganova baterija ne sadrži otrovne tvari, druge baterije, poput žive žive, otvaraju raspravu o njihovom mogućem utjecaju na okoliš.
S druge strane, alkalne baterije djeluju vrlo dobro u širokom rasponu temperatura; Mogu čak raditi i ispod 0 ° C, pa su dobar izvor električne energije za one uređaje koji su okruženi ledom.
Reference
- Shiver & Atkins. (2008). Neorganska kemija. (Četvrto izdanje). Mc Graw Hill.
- Whitten, Davis, Peck i Stanley. (2008). Kemija. (8. izd.). CENGAGE Učenje.
- Bobby. (10. svibnja 2014.). Saznajte više o najpouzdanijim alkalnim baterijama. Oporavilo od: upsbatterycenter.com
- Duracell. (2018.). Često postavljana pitanja: znanost. Oporavak od: duracell.mx
- Boyer, Timothy. (19. travnja 2018.). Kakva je razlika između alkalnih i nealkalnih baterija? Sciencing. Oporavilo od: sciaching.com
- Michael W. Davidson i Sveučilište Florida. (2018.). Alkalno-manganova baterija. Oporavak od: micro.magnet.fsu.edu