VRSTE, LASTNOSTI IN REAKCIJE AKUMULATORJEV - KEMIJA - 2026

Na trgu lahko dobite različne vrste baterij z lastnimi lastnostmi . Baterije, ki niso nič drugega kot voltaične celice, potrošnikom zagotavljajo prednost, da lahko električno energijo vzamejo s seboj kjer koli (dokler pogoji niso drastični).

Baterije je običajno mogoče kupiti izolirane; vendar so doseženi tudi skupaj v zaporedju ali vzporedno, katerih komplet je baterij. Tako se včasih izraza "baterije" in "baterije" uporabljata brez razlikovanja, tudi če nista enaka.

Alkalne baterije: ena najbolj priljubljenih vrst baterij. Vir: Pexels.

Kozarci so lahko v nešteto barvah, oblikah in velikostih, tako kot so lahko izdelani iz drugih materialov. Prav tako in kar je še pomembneje, njegova notranja struktura, v kateri potekajo kemične reakcije, ki ustvarjajo električno energijo, služi za razlikovanje med seboj.

Na zgornji sliki so na primer tri alkalne baterije, ena najpogostejših. Izraz alkalni se nanaša na dejstvo, da je medij, kjer pride do sproščanja in pretoka elektronov, osnovni; to pomeni, da ima pH večji od 7 in prevladujejo OH ^- anioni in drugi negativni naboji.

Splošna uvrstitev

Preden se lotite nekaterih baterij različnih vrst, je treba vedeti, da so te globalno razvrščene kot primarne ali sekundarne.

Primarno

Primarne baterije so tiste, ki jih je treba, ko jih enkrat porabite, zavreči ali reciklirati, saj je kemična reakcija, na kateri temelji električni tok, nepovratna. Zato jih ni mogoče ponovno napolniti.

Uporabljajo se predvsem v aplikacijah, kjer je polnjenje električne energije nepraktično; na primer v vojaških napravah, sredi bojišča. Prav tako so zasnovani za opremo, ki porabi malo energije, tako da zdržijo dlje; na primer daljinski upravljalniki ali prenosne konzole (na primer Gameboy, Tetris in Tamagotchi).

Alkalne baterije, če navajamo še en primer, prav tako pripadajo primarnemu tipu. Običajno imajo valjaste oblike, čeprav to ne pomeni, da cilindrične baterije ne morejo biti sekundarne ali polnilne.

srednje šole

Za razliko od primarnih baterij, lahko sekundarne baterije napolnite, ko jim zmanjka energije.

To je zato, ker so kemijske reakcije, ki se dogajajo znotraj njih, povratne in zato po uporabi določene napetosti vrsta izdelka ponovno postane reaktivna, s čimer se reakcija ponovno začne.

Nekatere sekundarne celice (imenovane baterije) so ponavadi majhne, ​​kot primarne; vendar so namenjene napravam, ki porabijo več energije in za katere bi bila uporaba osnovnih baterij ekonomsko in energijsko nepraktična. Na primer, baterije mobilnega telefona vsebujejo sekundarne celice.

Tudi sekundarne celice so zasnovane za veliko opremo ali vezje; na primer avtomobilske baterije, ki jih sestavlja več baterij ali voltaičnih celic.

Na splošno so dražje od primarnih celic in baterij, vendar so za dolgoročno uporabo primernejša in učinkovitejša možnost.

Drugi vidiki

Skladi so razvrščeni kot primarni ali sekundarni; toda komercialno ali popularno jih običajno razvrščamo glede na obliko (valjaste, pravokotne, tipkovnice), predvideno napravo (kamere, vozila, kalkulatorje), njihova imena (AA, AAA, C, D, N, A23 itd.) ) ter njihove IEC in ANSI kode.

Prav tako so značilnosti, kot so njihova napetost (1,2 do 12 voltov), ​​pa tudi njihova življenjska doba in cene, odgovorne za to, da jim v očeh potrošnika določimo določeno klasifikacijo.

Seznam vrst akumulatorjev

Ogljik-cink

Ogljikovo-cinkove baterije (znane tudi kot Leclanchejeve celice ali fiziološke baterije) so ene najbolj primitivnih in jih v primerjavi z drugimi baterijami trenutno skoraj ne uporabljamo; še posebej, v primerjavi z alkalnimi baterijami, ki imajo nekoliko dražje, imajo daljšo življenjsko dobo in napetosti.

Kot že ime pove, sta njegovi elektrodi sestavljeni iz pločevinke cinka in grafitne palice, ki ustreza anodi in katodi.

V prvi elektrodi, anodi, elektroni nastanejo z oksidacijo kovinskega cinka. Ti elektroni nato gredo skozi zunanji tokokrog, ki napaja napravo z električno energijo, nato pa končajo na grafitni katodi, kjer se cikel zaključi z zmanjšanjem manganovega dioksida, v katerega je potopljen.

Reakcije

Kemijske enačbe za reakcije, ki nastanejo pri elektrodah, so:

Zn (s) → Zn ²⁺ (ac) + 2e ^- (Anoda)

2 MnO ₂ (i) + 2e ^- + 2 NH ₄ Cl (aq) → Mn ₂ O ₃ (i) + 2 NH ₃ (aq) + H ₂ O (l) + 2 Cl ^- (aq) (Katoda)

Te baterije so zelo podobne alkalnim baterijam: obe sta valjasti (na primer tisti na sliki). Vendar je mogoče ogljikovo-cinkove baterije razlikovati, če so na zunanji strani podrobno odčitane lastnosti, označene na zunanji strani, ali če je njihova IEC koda pred črko R. Njihova napetost je 1,5 V.

-Alkalno

Alkalne baterije so zelo podobne ogljikovo-cinkovemu tipu, s to razliko, da medij, kjer se nahajajo elektrode, vsebuje OH ^- anione . Ta medij je sestavljen iz močnih elektrolitov kalijevega hidroksida, KOH, ki prispeva k OH ^- ki sodelujejo in "sodelujejo" pri migraciji elektronov.

Na voljo je v različnih velikostih in napetostih, čeprav je najpogostejši 1.5V. So morda najbolj znane baterije na trgu (na primer Duracell).

Reakcije, ki se pojavijo na vaših elektrodah, so:

Zn (y) + 2OH ^- (aq) → ZnO (y) + H ₂ O (l) + 2e ^- (anode)

2MnO ₂ (s) + H ₂ O (l) + 2e ^- → Mn ₂ O ₃ (s) + 2OH ^- (aq) (Katoda)

Z višanjem temperature se hitreje odvijajo reakcije in hitreje se akumulatorji izpraznijo. Zanimivo je, da se širijo priljubljene govorice, da so jih dali v zamrzovalnik, da bi podaljšali življenjsko dobo; Ko se ohladi, se lahko njegova vsebina strdi, kar lahko privede do naknadnih okvar ali tveganj.

Živo srebro

Verjetna živosrebrna baterija, ki jo je mogoče zamenjati z baterijo srebrovega oksida. Vir: Multicherry.

Živosrebrne baterije so zelo značilne zaradi svojevrstne oblike srebrnih gumbov (slika zgoraj). Skoraj vsi bi jih prepoznali na prvi pogled. So tudi alkalne, vendar njihova katoda vsebuje poleg grafita in manganovega dioksida živosrebrov oksid, HgO; ki se po zmanjšanju spremeni v kovinsko živo srebro:

Zn (y) + 2OH ^- (aq) → ZnO (y) + H ₂ O (l) + 2e ^-

HgO (y) + H ₂ O + 2e ^- → Hg (y) + 2OH ^-

Upoštevajte, kako se pri teh celičnih reakcijah porabijo in obnavljajo OH ^- anioni .

Ker so majhne baterije, je namenjen majhnim napravam, kot so ure, kalkulatorji, krmilniki igrač itd. Vsakdo, ki je uporabil katerega koli od teh predmetov, bo spoznal, da baterij ni treba zamenjati za skoraj "večnost"; kar bi ustrezalo približno 10 letom, približno.

Srebrni oksid

Akumulatorji iz srebrovega oksida Vir: Lukas A, CZE.

Glavna napaka živosrebrnih baterij je, da zaradi toksičnih lastnosti te kovine, ko jih zavržete, predstavljajo resno težavo za okolje. Morda zato primanjkuje kode IEC in ANSI. Za baterije iz srebrovega oksida je njihova IEC koda pred črko S.

Eden od nadomestkov živosrebrnih baterij ustreza bateriji srebrovega oksida, precej dražji, vendar z manj ekološkega vpliva (zgornja slika). Prvotno so vsebovali živo srebro za zaščito cinka pred alkalno korozijo.

Na voljo je z napetostjo 1,5 V, njegove uporabe pa so zelo podobne tistim iz živosrebrne baterije. Pravzaprav sta na prvi pogled obe bateriji enaki; čeprav so lahko veliko večji kupi srebrovega oksida.

Reakcije na njegovih elektrodah so:

Zn (s) + 2OH ^- (aq) → Zn (OH) ₂ (s) + 2 e ^-

Ag ₂ O (s) + 2H ⁺ (aq) + 2e ^- → 2Ag (s) + H ₂ O (l)

Voda se nato podvrže elektrolizi in razpade na H ⁺ in OH ^- ione .

Upoštevajte, da namesto živega srebra na katodi nastane kovinsko srebro.

-Nikelj-kadmij (NiCad)

NiCd baterija. Vir: LordOider.

Od tega trenutka se upoštevajo sekundarne celice ali baterije. Tako kot živosrebrne baterije tudi nikljeve kadmijeve baterije zaradi kovinskega kadmija škodujejo okolju (za prostoživeče živali in zdravje).

Zanje je značilno, da proizvajajo visoke električne tokove in jih je mogoče večkrat napolniti. Pravzaprav jih je mogoče napolniti skupno 2000-krat, kar je enako izjemni trajnosti.

Njegove elektrode so sestavljene iz nikljevega oksida hidroksida, NiO (OH) za katodo in kovinskega kadmija za anodo. Kemijska utemeljitev v bistvu ostaja enaka: kadmij (namesto cinka) izgubi elektrone, kadmij NiO (OH) pa jih pridobi.

Polovične reakcije so:

Cd (s) + 2OH ^- (aq) → Cd (OH) ₂ (s) + 2e ^-

2NiO (OH) (i) + 2H ₂ O (l) + 2e ^- → 2Ni (OH) ₂ (s) + OH ^- (aq)

OH ^- anioni ponovno prihajajo iz elektrolita KOH. Tako baterije NiCad na koncu ustvarijo hidrokside kovin niklja in kadmija.

Uporabljamo jih posamično ali v paketih (na primer rumenega, zgornja slika). Torej prihajajo v velikih ali majhnih paketih. Malčki najdejo uporabo v igračah; vendar se velike uporabljajo za letala in električna vozila.

-Hidrid nikelj-kovina (Ni-HM)

Ni-HM baterije. Vir: Ramesh NG iz Flickr (https://www.flickr.com/photos/rameshng/5645036051)

Druga dobro znana celica ali baterija, ki po energijskih zmogljivostih presega NiCad, je Ni-HM (nikelj in kovin hidrid). Na voljo je v cilindrični obliki (običajne baterije, zgornja slika) ali v bateriji.

Kemično ima skoraj enake lastnosti kot NiCad baterije, glavna razlika pa je negativna elektroda: katoda ni kadmij, ampak intermetalna zlitina redkih zemelj in prehodnih kovin.

Ta zlitina je odgovorna za absorpcijo vodika, ki nastane med polnjenjem, in tvori zapleten kovin hidrid (od tod tudi črka H v njegovem imenu).

Čeprav baterije Ni-HM zagotavljajo večjo moč (približno 40% več), so dražje, hitreje se obrabijo in jih ni mogoče napolniti tolikokrat kot NiCad baterije; to pomeni, da imajo krajšo uporabno dobo. Vendar jim primanjkuje pomnilni učinek (izguba zmogljivosti baterij zaradi nerazpolnjenosti v celoti).

Zaradi tega jih ne bi smeli uporabljati v strojih, ki delujejo dolgoročno; čeprav je bil ta problem odpravljen z baterijami LSD-NiHM. Prav tako imajo Ni-HM celice ali baterije zelo stabilne toplotne lastnosti, saj jih je mogoče uporabljati v širokem razponu temperatur, ne da bi predstavljale tveganje.

Reakcije

Reakcije, ki se pojavijo na vaših elektrodah, so:

Ni (OH) ₂ (s) + OH ^- (aq) ⇌ NiO (OH) (i) + H ₂ O (l) + e ^-

H ₂ O (l) + M (y) + e ^- ⇌ OH ^- (aq) + MZ (s)

-Litij-litij

Litij-ionska baterija za prenosnik. Vir: Kristoferb iz Wikipedije.

V litijevih celicah in baterijah temeljijo na migraciji ionov Li ⁺ , ki se prenašajo iz anode na katodo, produkt elektrostatičnih odbojnosti zaradi naraščajočega pozitivnega naboja.

Nekateri se lahko napolnijo, na primer baterije za prenosnike (zgornja slika), drugi pa cilindrične in pravokotne baterije (LiSO ₂ , LiSOCl ₂ ali LiMnO ₂ ) ne morejo.

Za litij-ionske baterije je značilno, da so zelo lahke in energične, kar omogoča njihovo uporabo v številnih elektronskih napravah, kot so pametni telefoni in medicinska oprema. Prav tako komajda trpijo zaradi spominskega učinka, njihova gostota napolnjenosti presega gostoto NiCad in Ni-HM celic in baterij, zato jih traja dlje časa.

Vendar so zelo občutljivi na visoke temperature, celo eksplodirajo; poleg tega so ponavadi dražje v primerjavi z drugimi baterijami. Kljub temu so na trgu na litijeve baterije naklonjeni in mnogi potrošniki jih ocenjujejo kot najboljše.

-Kislinsko svinec

Tipična akumulatorska baterija za avtomobile. Vir: Tntflash

In končno, svinčeve bakterije, kot že ime pove, ne vsebujejo OH ^- ampak H ⁺ ione ; zlasti koncentrirana raztopina žveplove kisline. Voltajske celice se nahajajo znotraj njihovih škatel (zgornja slika), kjer se tri ali šest lahko zaporedno poveže, kar daje 6 ali 12 V baterijo.

Ta lahko ustvari velike količine električnega naboja, in ker so zelo težke, so namenjene aplikacijam ali napravam, ki jih ni mogoče ročno prevažati; na primer avtomobili, sončne plošče in podmornice. Ta kislinska baterija je najstarejša in je še vedno v avtomobilski industriji.

Njegove elektrode so narejene iz svinca: PbO ₂ za katodo in gobastega kovinskega svinca za anodo. Reakcije v njih so:

Pb (s) + HSO ^- ₄ (aq) → PbSO ₄ (s) + H ⁺ (aq) + 2e ^-

PbO ₂ (s) + HSO ^- ₄ (aq) + 3H ⁺ (aq) + 2e ^- → PbSO ₄ (s) + 2H ₂ O (l)

Reference

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemija. (8. izd.). CENGAGE Učenje.
2. Odunlade Emmanuel. (24. julij 2018). Različne vrste baterij in njihova uporaba. Circuit Digest. Pridobljeno iz: circuitdigest.com
3. TEST. (sf). Vrste baterij. Pridobljeno: prba.org
4. Isidor Buchman. (2019). Kaj je najboljša baterija? Univerza v akumulatorju. Pridobljeno: batteryuniversity.com
5. Podjetja McGraw-Hill. (2007). Poglavje 12: Baterije . Pridobljeno: oakton.edu
6. Shapley Patricia. (2012). Pogoste vrste baterij. Univerza v Illinoisu. Pridobljeno: butane.chem.uiuc.edu
7. Ekološka naravnanost. (22. januar 2017). Vrste baterij: popolno vodilo z obstoječimi baterijami. Pridobljeno: actitudecologica.com