Alkalna baterija je baterija v katerem je pH njegove elektrolita sestavka osnovno. To je glavna razlika med to baterijo in mnogimi drugimi, kadar so njeni elektroliti kisli; kot je to primer s cinkovimi ogljikovimi baterijami, ki uporabljajo NH 4 Cl soli ali celo koncentrirano žveplovo kislino v avtomobilih.
To je tudi suha celica, saj so osnovni elektroliti v obliki paste z nizkim odstotkom vlažnosti; vendar dovolj, da omogočimo migracijo ionov, ki sodelujejo v kemičnih reakcijah proti elektrodam, in tako dokončamo krog elektronov.
Vir: Mike Mozart prek Flickr-a.
Na zgornji sliki je 9V baterija Duracell, eden najbolj znanih primerov alkalnih baterij. Večja kot je akumulator, daljša je njegova življenjska doba in delovna zmogljivost (še posebej, če se uporabljajo za energijsko intenzivne naprave). Za majhne naprave imate baterije AA in AAA.
Druga razlika poleg pH njihove sestave elektrolitov je tudi v tem, da napolnjeni ali ne ponavadi zdržijo dlje kot kisle baterije.
Sestavni deli alkalne baterije
V cink-ogljikovi bateriji sta dve elektrodi: ena iz cinka in druga iz grafitskega ogljika. V svoji "osnovni različici" eno od elektrod namesto iz grafita sestavlja mangan (IV) oksid, MnO 2, pomešan z grafitom.
Površina obeh elektrod porabi in ju prekrijejo trdne snovi, ki izhajajo iz reakcij.
Vir: Glavni nosilec, iz Wikimedia Commons
Prav tako je namesto kositra s homogeno površino cinka kot posoda celica vrsta kompaktnih diskov (zgornja slika).
V sredini vseh diskov je palica MnO 2 , na zgornjem koncu katere štrli izolacijska podložka in označuje pozitiven terminal (katoda) akumulatorja.
Upoštevajte, da so diski pokriti s porozno in kovinsko plastjo; slednji bi lahko bil tudi tanek plastični film.
Osnova celice je negativni terminal, kjer cink oksidira in sprosti elektrone; vendar ti potrebujejo zunanji tokokrog, da doseže vrh akumulatorja, njegov pozitivni terminal.
Površina cinka ni gladka, kot je to slučaj s celicami Leclanchéja, ampak hrapava; torej imajo številne pore in veliko površino, ki povečuje aktivnost baterije.
Osnovni elektroliti
Oblika in struktura baterij se spreminjata glede na vrsto in zasnovo. Vendar imajo vse alkalne baterije skupni pH svoje elektrolitske sestave, kar je posledica dodatka NaOH ali KOH v pastozno zmes.
Pravzaprav so OH ioni - tisti, ki sodelujejo v reakcijah, ki so odgovorne za električno energijo, ki jo nudijo ti predmeti.
Delovanje
Ko je alkalna baterija priključena na aparat in se vklopi, cink takoj reagira z OH - iz paste:
Zn (s) + 2OH - (aq) => Zn (OH) 2 (s) + 2e -
Dva elektrona, ki se sproščata z oksidacijo cinka, potujeta v zunanji tokokrog, kjer sta odgovorna za zagon elektronskega mehanizma naprave.
Nato se vrnejo v akumulator skozi pozitivni terminal (+), katodo; to pomeni, da potujejo skozi MnO 2- grafitno elektrodo . Ker imajo testenine določeno vlažnost, poteka naslednja reakcija:
2MnO 2 (i) + 2H 2 O (l) + 2e - => 2MnO (OH) (i) + 2OH - (aq)
Zdaj se MnO 2 zmanjša ali pridobi elektrone Zn. Zaradi tega ta terminal ustreza katodi, kjer pride do redukcije.
Upoštevajte, da se OH - obnavlja na koncu cikla za ponovno oksidacijo Zn; z drugimi besedami, razpršijo se na sredini paste, dokler spet ne pridejo v stik s cinkom v prahu.
Prav tako so plinasti produkti ne nastajajo, kot se pojavi v celici cink-ogljikov kjer NH 3 in H 2 so bili pripravljeni .
Prišlo bo do točke, ko bo celotna površina elektrode prekrita s trdnima snovma Zn (OH) 2 in MnO (OH), ki bo končala življenjsko dobo baterije.
Polnilne baterije
Opisano alkalno baterijo ni mogoče ponovno napolniti, tako da ko je "mrtva", je ni mogoče več uporabljati. To ne velja za polnilne, za katere je značilno, da imajo reverzibilne reakcije.
Za vračanje izdelkov v reaktante je treba električni tok izvajati v nasprotni smeri (ne od anode do katode, temveč od katode do anode).
Primer alkalne baterije za ponovno polnjenje je NiMH. Sestavljen je iz NiOOH anode, ki izgubi elektrone katodi nikljevega hidrida. Ko se baterija porabi, se izprazni in od tod prihaja dobro znana fraza "napolni baterijo".
Tako ga lahko po potrebi napolnimo stokrat; vendar časa ni mogoče popolnoma spremeniti in doseči prvotne pogoje (kar bi bilo nenaravno).
Prav tako je ni mogoče napolniti poljubno: upoštevati je treba priporočene smernice proizvajalca.
Zato prej ali slej tudi te baterije propadejo in izgubijo svojo učinkovitost. Prednost pa je, da ni hitro za enkratno uporabo in manj prispeva k kontaminaciji.
Druge baterije za ponovno polnjenje so nikelj-kadmijeve in litijeve baterije.
Prijave
Vir: Pxhere.
Nekatere različice alkalnih baterij so tako majhne, da jih je mogoče uporabljati v ročnih urah, daljinskih upravljalnikih, uri, radiu, igračah, računalnikih, konzolah, svetilkah itd. Drugi so večji od figurice klona Star Wars.
V resnici so to tiste na trgu, ki prevladujejo nad drugimi vrstami baterij (vsaj za domačo uporabo). Trajajo dlje in ustvarjajo več električne energije kot običajne baterije Leclanché.
Čeprav baterija cinka-mangana ne vsebuje strupenih snovi, pa druge baterije, na primer živosrebrne baterije, odpirajo razpravo o njihovem možnem vplivu na okolje.
Po drugi strani alkalne baterije zelo dobro delujejo v najrazličnejših temperaturah; Delajo lahko celo pod 0 ° C, zato so dober vir električne energije za tiste naprave, ki jih obdaja led.
Reference
- Shiver & Atkins. (2008). Anorganska kemija. (Četrta izdaja). Mc Graw Hill.
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemija. (8. izd.). CENGAGE Učenje.
- Bobi. (10. maj 2014). Preberite več o najbolj zanesljivih alkalnih baterijah. Pridobljeno: upsbatterycenter.com
- Duracell. (2018). Pogosto zastavljena vprašanja: znanost. Pridobljeno iz: duracell.mx
- Fant, Timothy. (19. april 2018). Kakšna je razlika med alkalnimi in nealkalnimi baterijami? Sciaching. Pridobljeno: sciaching.com
- Michael W. Davidson in Florida State University. (2018). Alkalno-manganova baterija. Obnovljeno iz: mikro.magnet.fsu.edu