ALKALISK BATTERI: KOMPONENTER, BETJENING OG ANVENDELSE - KEMI - 2025

Det alkaliske batteri er et batteri, hvor pH-værdien i dens elektrolytkomposition er basisk. Dette er den største forskel mellem dette batteri og mange andre, hvor dets elektrolytter er sure; som tilfældet er med zink-carbon-batterier, der bruger NH ₄ Cl- salte eller endda koncentreret svovlsyre i bilbatterier.

Det er også en tør celle, da de basiske elektrolytter er i form af en pasta med en lav procentdel af fugtighed; men nok til at tillade en migration af ioner, der deltager i de kemiske reaktioner mod elektroderne, og således fuldføre elektronekredsløbet.

Kilde: Mike Mozart via Flickr.

På billedet ovenfor er et Duracell 9V-batteri, et af de mest kendte eksempler på alkaliske batterier. Jo større batteriet er, jo længere er dets levetid og arbejdskapacitet (især hvis de bruges til energikrævende apparater). Til små apparater har du AA- og AAA-batterier.

En anden forskel bortset fra pH-værdien i deres elektrolytkomposition er, at de, genopladelige eller ej, generelt holder længere end syre-batterier.

Alkaliske batterikomponenter

I zink-kulstofbatteriet er der to elektroder: den ene af zink og den anden af ​​grafitisk kulstof. I sin "basale version" består en af ​​elektroderne i stedet for at være grafit, af manganoxid, MnO ₂ blandet med grafit.

Overfladen på begge elektroder forbruges og dækkes af de faste stoffer, der er resultatet af reaktionerne.

Kilde: Lead holder, fra Wikimedia Commons

I stedet for et tin med en homogen zinkoverflade som cellebeholder, er der en række kompakte diske (øverste billede).

I midten af ​​alle skiver ligger en stang af MnO ₂, i hvilken den øverste ende stikker en isolerende skive ud og markerer batteriets positive terminal (katode).

Bemærk, at diske er dækket med et porøst og et metallisk lag; sidstnævnte kunne også være en tynd plastfolie.

Cellen er den negative terminal, hvor zinket oxiderer og frigiver elektronerne; men disse har brug for et eksternt kredsløb for at nå toppen af ​​batteriet, dets positive terminal.

Zinkets overflade er ikke glat, som det er tilfældet med Leclanché-celler, men ru; det vil sige, de har mange porer og et stort overfladeareal, der øger batteriets aktivitet.

Grundlæggende elektrolytter

Formen og strukturen på batterierne ændres i henhold til type og design. Imidlertid har alle alkaliske batterier til fælles en basisk pH-værdi for deres elektrolytkomposition, hvilket skyldes tilsætning af NaOH eller KOH til den pastaagtige blanding.

Faktisk er det OH-ioner ^- dem, der deltager i reaktionerne, der er ansvarlige for den elektriske energi, som disse genstande leverer.

Fungerende

Når det alkaliske batteri er tilsluttet apparatet og tændt, reagerer zinken straks med OH ^- fra pastaen:

Zn (s) + 2OH ^- (aq) => Zn (OH) ₂ (s) + 2e ^-

De 2 elektroner, der frigives ved oxidation af zink, rejser til det ydre kredsløb, hvor de er ansvarlige for at starte den elektroniske mekanisme på enheden.

Derefter vender de tilbage til batteriet gennem den positive terminal (+), katoden; de rejser gennem MnO _2- grafitelektroden. Da pastaen har en vis fugtighed, finder den følgende reaktion sted:

2MnO ₂ (s) + 2H ₂ O (l) + 2e ^- => 2MnO (OH) (s) + 2OH ^- (aq)

Nu reduceres MnO ₂ eller får Zn-elektronerne. Det er af denne grund, at denne terminal svarer til katoden, som er, hvor reduktionen finder sted.

Bemærk, at OH ^- regenereres ved slutningen af ​​cyklussen for at genstarte oxidationen af ​​Zn; med andre ord, de diffunderer i midten af ​​pastaen, indtil de igen kommer i kontakt med det pulveriserede zink.

Ligeledes er gasformige produkter ikke er dannet, som det sker ved den zink-carbon celle, hvor NH ₃ og H ₂ frembringes.

Der vil komme et punkt, hvor hele overfladen af ​​elektroden vil være dækket af faststofferne i Zn (OH) ₂ og MnO (OH), hvilket afslutter batteriets brugstid.

Genopladelige batterier

Det beskrevne alkaliske batteri er ikke genopladeligt, så når det først er ”dødt” er der ingen måde at bruge det igen. Dette er ikke tilfældet med genopladelige, som er kendetegnet ved at have reversible reaktioner.

For at vende produkterne tilbage til reaktanter skal en elektrisk strøm tilføres i den modsatte retning (ikke fra anode til katode, men fra katode til anode).

Et eksempel på et genopladeligt alkalisk batteri er NiMH. Den består af en NiOOH-anode, der mister elektroner til nikkelhydridkatoden. Når batteriet bruges, aflades det, og det er her den velkendte sætning "oplad batteriet" kommer fra.

Således kan det oplades hundreder af gange efter behov; tiden kan dog ikke vendes fuldstændigt, og de originale forhold er nået (hvilket ville være unaturligt).

Det kan heller ikke genoplades på en vilkårlig måde: producentens anbefalede retningslinjer skal følges.

Det er grunden til, at disse batterier før eller senere også fortabes og mister deres effektivitet. Imidlertid har den fordelen ved ikke at være hurtig engangs, hvilket bidrager mindre til forurening.

Andre genopladelige batterier er nikkel-cadmium og lithium-batterier.

Applikationer

Kilde: Pxhere.

Nogle varianter af alkaliske batterier er så små, at de kan bruges i ure, fjernbetjeninger, ure, radioer, legetøj, computere, konsoller, lommelygter osv. Andre er større end en figur af en Star Wars-klon.

Faktisk er det dem på markedet, der dominerer i forhold til andre typer batterier (i det mindste til hjemmebrug). De holder længere og genererer mere elektricitet end konventionelle Leclanché-batterier.

Selv om zink-manganbatteriet ikke indeholder giftige stoffer, åbner andre batterier, såsom kviksølvbatterier, en debat om deres mulige indvirkning på miljøet.

På den anden side fungerer alkaliske batterier meget godt i en lang række temperaturer; De kan endda arbejde under 0 ° C, så de er en god kilde til elektrisk energi til de apparater, der er omgivet af is.

Referencer

1. Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kemi. (Fjerde udgave). Mc Graw Hill.
2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemi. (8. udgave). CENGAGE Læring.
3. Bobby. (10. maj 2014). Lær mere om mest pålidelige alkaliske batterier. Gendannes fra: upsbatterycenter.com
4. Duracell. (2018). Ofte stillede spørgsmål: videnskab. Gendannes fra: duracell.mx
5. Boyer, Timothy. (19. april 2018). Hvad er forskellen mellem alkaliske og ikke-alkaliske batterier? Sciencing. Gendannes fra: sciencing.com
6. Michael W. Davidson og Florida State University. (2018). Det alkaliske-manganske batteri. Gendannes fra: micro.magnet.fsu.edu