Komponente alkalnih baterij, delovanje in uporaba



The alkalne baterije to je baterija, v kateri je pH njegove elektrolitske sestave osnovna. To je glavna razlika med to baterijo in številnimi drugimi, kjer so elektroliti kisli; kot pri cinkovih ogljikovih baterijah, ki uporabljajo NH soli4Cl ali celo koncentrirano žveplovo kislino v avtomobilskih akumulatorjih.

Je tudi suha celica, ker so osnovni elektroliti v obliki paste z nizkim deležem vlage; vendar dovolj, da omogoči migracijo sodelujočih ionov v kemijskih reakcijah proti elektrodam, in tako dokonča elektronsko vezje.

Na zgornji sliki je 9V Duracell baterija, eden najbolj znanih primerov alkalnih baterij. Večji kot je sklad, daljša je njegova življenjska doba in delovna zmogljivost (še posebej, če so namenjeni za naprave, ki porabijo veliko energije). Za majhne naprave so na voljo baterije AA in AAA.

Druga razlika, razen pH njegovega elektrolitskega sestavka, je, da se lahko ponovno napolnijo ali ne, običajno trajajo dlje kot kisle baterije..

Indeks

  • 1 Sestavni deli alkalne baterije
    • 1.1 Osnovni elektroliti
  • 2 Delovanje
    • 2.1 Akumulatorske baterije
  • 3 Uporabe
  • 4 Reference

Sestavni deli alkalne baterije

V cink-ogljikovi kupi sta dve elektrodi: ena cink in drugi grafitni ogljik. V svoji "osnovni različici" je ena od elektrod namesto grafita sestavljena iz manganovega oksida (IV), MnO2 mešan z grafitom.

Površina obeh elektrod je porabljena in prevlečena s trdnimi delci, ki nastanejo pri reakcijah.

Tudi namesto kositra s homogeno cinkovo ​​površino kot posodo za celico obstaja serija kompaktnih plošč (top slika)..

Palica MnO leži v središču vseh plošč2, na zgornjem koncu, ki štrli iz izolirne podložke in označuje pozitivni priključek (katoda) baterije.

Upoštevajte, da so diski pokriti s porozno plastjo in kovinsko plastjo; slednji je lahko tudi tanek plastični film.

Osnova pilota je v negativnem terminalu, kjer cink oksidira in sprosti elektrone; vendar potrebujejo zunanje vezje, da dosežejo vrh kupa, njegov pozitivni terminal.

Površina cinka ni gladka, kot v primeru celic Leclanché, ampak groba; to pomeni, da imajo veliko pore in veliko površino, ki povečujejo aktivnost kupa.

Osnovni elektroliti

Oblika in struktura baterij se spreminjata glede na vrsto in obliko. Vendar pa imajo vse alkalne baterije skupni osnovni pH njihovega elektrolitskega sestavka, ki je posledica dodajanja NaOH ali KOH mešanici paste..

Pravzaprav so OH ioni- tiste, ki sodelujejo pri odgovornih reakcijah električne energije, ki jo ti predmeti prispevajo.

Operacija

Ko je alkalna baterija priključena na napravo in se prižge, cink takoj reagira z OH- testenin:

Zn (s) + 2OH-(ac) => Zn (OH)2(s) + 2e-

Dva elektrona, ki se sproščata z oksidacijo cinka, potujeta v zunanji tokokrog, kjer sta odgovorna za elektronski mehanizem artefakta..

Nato se vrnejo na kup skozi pozitivni (+) terminal, katodo; to pomeni, da gredo skozi MnO elektrodo2-grafit. Ker ima pasta določeno vlažnost, pride do naslednje reakcije:

2MnO2(s) + 2H2O (l) + 2e- => 2MnO (OH) (s) + 2OH-(ac)

Zdaj MnO2 Elektroni v Zn so zmanjšani ali pridobljeni. Iz tega razloga ta terminal ustreza katodi, kjer pride do zmanjšanja.

Upoštevajte, da OH- ob koncu cikla se regenerira, da ponovno začne oksidacijo Zn; z drugimi besedami, razpršijo se v sredini paste, dokler ponovno ne pridejo v stik s cinkom v prahu.

Tudi plinasti produkti se ne tvorijo, kot v primeru cinkove ogljikove baterije, kjer nastane NH3 in H2.

Prišla bo točka, kjer bo celotna površina elektrode pokrita s trdnimi delci Zn (OH).2 in MnO (OH), ki konča življenjsko dobo baterije.

Akumulatorske baterije

Opisana alkalna baterija se ne polni, tako da je enkrat, ko je "mrtva", ni več mogoče ponovno uporabiti. To pa ne velja za akumulatorje, za katere je značilno, da imajo povratne reakcije.

Za obrnitev izdelkov na reagente je treba uporabiti električni tok v nasprotni smeri (ne od anode do katode, ampak od katode do anode)..

Primer alkalne baterije za ponovno polnjenje je NiMH. Ta je sestavljena iz anode NiOOH, ki izgubi elektrone, ki so usmerjeni na katodo nikljevega hidrida. Ko je baterija v uporabi, se izprazni in od tod izvira znana fraza "napolnite baterijo"..

Tako se lahko, če je potrebno, ponovno napolni stotine krat; vendar čas ni mogoče povsem obrniti in doseči prvotne pogoje (kar bi bilo nenaravno).

Prav tako ga ni mogoče poljubno polniti: upoštevati je treba smernice, ki jih priporoča proizvajalec.

Zato te baterije prej ali slej propadejo in izgubijo svojo učinkovitost. Prednost tega pa je, da ni hitro na voljo in prispeva manj onesnaževanja.

Druge akumulatorske baterije so nikelj-kadmijeve in litijeve baterije.

Uporabe

Nekatere variante alkalnih baterij so tako majhne, ​​da jih lahko uporabljate za ure, daljinske upravljalnike, ure, radijske aparate, igrače, računalnike, konzole, svetilke itd. Drugi so večji kot figurica klonov iz Vojne zvezd.

Dejansko so na trgu tisti, ki prevladujejo nad drugimi vrstami baterij (vsaj za domačo uporabo). Trajajo dlje in proizvajajo več električne energije kot konvencionalne baterije Leclanché.

Čeprav cink-manganska baterija ne vsebuje strupenih snovi, druge baterije, kot je živo srebro, sprožijo razpravo o možnem vplivu na okolje..

Po drugi strani pa alkalne baterije zelo dobro delujejo v širokem razponu temperatur; lahko deluje tudi pod 0 ° C, zato so dober vir električne energije za naprave, ki so obdane z ledom.

Reference

  1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganska kemija (Četrta izdaja). Mc Graw Hill.
  2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemija (8. izd.). CENGAGE Učenje.
  3. Bobby (10. maj 2014). Več o večini zanesljivih alkalnih baterij. Vzpostavljeno iz: upsbatterycenter.com
  4. Duracell. (2018). Pogosta vprašanja: znanost. Izterjano iz: duracell.mx
  5. Boyer, Timothy. (19. april 2018). Kakšna je razlika med alkalnimi in ne-alkalnimi baterijami? Sciencing. Vzpostavljeno iz: sciencing.com
  6. Michael W. Davidson in Florida State University. (2018). Alkalno-manganska baterija. Vzpostavljeno iz: micro.magnet.fsu.edu