Podzespoły baterii alkalicznych, działanie i zastosowania



The bateria alkaliczna jest to bateria, w której pH jej składu elektrolitycznego jest zasadowe. Jest to główna różnica między tym akumulatorem a wieloma innymi, w których jego elektrolity są kwaśne; tak jak w przypadku baterii cynkowo-węglowych wykorzystujących sole NH4Cl, a nawet stężony kwas siarkowy w akumulatorach samochodowych.

Jest to również komórka sucha, ponieważ podstawowe elektrolity mają postać pasty o niskim procencie wilgotności; ale wystarczy, aby umożliwić migrację uczestniczących jonów w reakcjach chemicznych w kierunku elektrod, a tym samym zakończyć obwód elektronów.

Na powyższym obrazku masz baterię Duracell 9V, jeden z najbardziej znanych przykładów baterii alkalicznych. Im większy stos, tym dłuższy jest jego czas życia i pojemność robocza (zwłaszcza jeśli są one przeznaczone na urządzenia zużywające dużo energii). W przypadku małych urządzeń dostępne są baterie AA i AAA.

Inna różnica, oprócz pH jego składu elektrolitycznego, polega na tym, że akumulator może być ładowany dłużej niż baterie kwasowe.

Indeks

  • 1 Elementy baterii alkalicznej
    • 1.1 Podstawowe elektrolity
  • 2 Działanie
    • 2.1 Akumulatory
  • 3 zastosowania
  • 4 odniesienia

Komponenty baterii alkalicznej

W stosie cynkowo-węglowym są dwie elektrody: jedna cynkowa, a druga grafitowa. W swojej „podstawowej wersji” jedna z elektrod zamiast grafitu składa się z tlenku manganu (IV), MnO2 zmieszany z grafitem.

Powierzchnia obu elektrod jest zużywana i powlekana ciałami stałymi powstającymi w wyniku reakcji.

Ponadto zamiast puszki z jednorodną powierzchnią cynku jako pojemnika na komórkę znajduje się seria płyt kompaktowych (górny obraz).

Pręt MnO leży w centrum wszystkich dysków2, na jej górnym końcu wystaje podkładka izolacyjna i oznacza dodatni zacisk (katodę) akumulatora.

Należy zauważyć, że dyski są pokryte porowatą warstwą i warstwą metaliczną; ten ostatni może być również cienką folią z tworzywa sztucznego.

Podstawa pala tworzy się w ujemnym końcu, gdzie cynk utlenia się i uwalnia elektrony; ale potrzebują zewnętrznego obwodu, aby dotrzeć na szczyt stosu, jego dodatni terminal.

Powierzchnia cynku nie jest gładka, jak w przypadku komórek Leclanché, ale szorstka; to znaczy, mają wiele porów i dużą powierzchnię, co zwiększa aktywność stosu.

Podstawowe elektrolity

Kształt i struktura baterii zmienia się w zależności od typu i konstrukcji. Jednak wszystkie baterie alkaliczne mają wspólne pH zasadowe ich składu elektrolitycznego, co wynika z dodania NaOH lub KOH do mieszaniny pasty.

W rzeczywistości są to jony OH- te, które uczestniczą w odpowiedzialnych reakcjach energii elektrycznej dostarczanej przez te obiekty.

Operacja

Gdy bateria alkaliczna zostanie podłączona do urządzenia i zapali się, cynk natychmiast reaguje z OH- makaronu:

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

2 elektrony uwalniane przez utlenianie cynku przemieszczają się do zewnętrznego obwodu, gdzie są odpowiedzialne za elektroniczny mechanizm artefaktu..

Następnie powracają do stosu przez dodatni (+) terminal, katodę; to znaczy, przechodzą przez elektrodę MnO2-grafit. Ponieważ pasta ma pewną wilgotność, zachodzi następująca reakcja:

2MnO2(s) + 2H2O (1) + 2e- => 2MnO (OH) (s) + 2OH-(ac)

Teraz MnO2 Elektrony w Zn są redukowane lub uzyskiwane. Z tego powodu terminal ten odpowiada katodzie, gdzie następuje redukcja.

Zauważ, że OH- regeneruje się pod koniec cyklu, aby ponownie rozpocząć utlenianie Zn; innymi słowy, dyfundują w środku pasty, aż ponownie wejdą w kontakt ze sproszkowanym cynkiem.

Ponadto nie powstają produkty gazowe, jak ma to miejsce w przypadku baterii cynkowo-węglowej, w której wytwarzany jest NH3 i H2.

Nastąpi punkt, w którym cała powierzchnia elektrody będzie pokryta ciałami stałymi Zn (OH)2 i MnO (OH), kończąc żywotność baterii.

Akumulatory

Opisana bateria alkaliczna nie nadaje się do ponownego ładowania, więc po „martwym” nie ma możliwości jej ponownego użycia. Nie ma to miejsca w przypadku akumulatorów, które charakteryzują się odwracalnymi reakcjami.

Aby odwrócić produkty na odczynniki, prąd elektryczny musi być przyłożony w przeciwnym kierunku (nie od anody do katody, ale od katody do anody).

Przykładem baterii alkalicznej wielokrotnego ładowania jest NiMH. Składa się z anody NiOOH, która traci elektrony kierowane do katody niklowo-wodorkowej. Gdy bateria jest używana, jest rozładowywana, i stąd właśnie pochodzi znana fraza „ładuj baterię”..

W razie potrzeby może być ładowany setki razy; nie można jednak całkowicie odwrócić czasu i osiągnąć pierwotnych warunków (co byłoby nienaturalne).

Ponadto nie można go ładować w dowolny sposób: należy przestrzegać wytycznych zalecanych przez producenta.

Dlatego prędzej czy później te baterie również giną i tracą swoją skuteczność. Ma jednak tę zaletę, że nie jest szybko jednorazowego użytku, przyczyniając się w mniejszym stopniu do zanieczyszczenia.

Inne akumulatory to akumulatory niklowo-kadmowe i litowe.

Używa

Niektóre warianty baterii alkalicznych są tak małe, że można je stosować w zegarkach, pilotach, zegarkach, radiach, zabawkach, komputerach, konsolach, latarkach itp. Inne są większe niż figurka klonu Star Wars.

W rzeczywistości na rynku są to te, które dominują nad innymi typami baterii (przynajmniej do użytku domowego). Trwają dłużej i generują więcej energii niż konwencjonalne baterie Leclanché.

Chociaż bateria cynkowo-manganowa nie zawiera substancji toksycznych, inne baterie, takie jak rtęć, otwierają debatę na temat możliwego wpływu na środowisko.

Z drugiej strony baterie alkaliczne działają bardzo dobrze w szerokim zakresie temperatur; może nawet pracować poniżej 0 ° C, więc są dobrym źródłem energii elektrycznej dla urządzeń otoczonych lodem.

Referencje

  1. Shiver i Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna (Czwarta edycja). Mc Graw Hill.
  2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemia (8 wyd.). CENGAGE Learning.
  3. Bobby (10 maja 2014 r.). Dowiedz się więcej o najbardziej niezawodnych bateriach alkalicznych. Źródło: upsbatterycenter.com
  4. Duracell. (2018). Często zadawane pytania: nauka. Odzyskany z: duracell.mx
  5. Boyer, Timothy. (19 kwietnia 2018). Jaka jest różnica między bateriami alkalicznymi i alkalicznymi? Nauka. Źródło: sciencing.com
  6. Michael W. Davidson i The Florida State University. (2018). Bateria alkaliczno-manganowa. Źródło: micro.magnet.fsu.edu