АЛКАЛНА БАТЕРИЯ: КОМПОНЕНТИ, РАБОТА И УПОТРЕБА - ХИМИЯ - 2025

В алкална батерия е батерия, при което рН на неговото електролит състав е основен. Това е основната разлика между тази батерия и много други, когато нейните електролити са кисели; Както с цинк-въглеродни батерии, които използват NH ₄ Cl соли, или дори концентрирана сярна киселина в автомобилни акумулатори.

Това е и суха клетка, тъй като основните електролити са под формата на паста с нисък процент на влажност; но достатъчно, за да позволи миграция на йони, участващи в химичните реакции към електродите, и по този начин да завърши електронната верига.

Източник: Майк Моцарт чрез Flickr.

На снимката по-горе е 9V батерия Duracell, един от най-известните примери за алкални батерии. Колкото по-голяма е батерията, толкова по-дълъг е нейният живот и работоспособност (особено ако се използват за енергоемки уреди). За малки уреди имате батерии тип AA и AAA.

Друга разлика освен рН на техния електролитен състав е, че като зареждащи се или не, те обикновено издържат по-дълго от киселинните батерии.

Компоненти на алкални батерии

В цинково-въглеродната батерия има два електрода: единият от цинк, а другият от графитен въглерод. В своята "основна версия" един от електродите, вместо да е графит, се състои от манганов (IV) оксид, MnO _2, смесен с графит.

Повърхността на двата електрода се консумира и покрива от твърдите вещества, получени в резултат на реакциите.

Източник: Водещ, от Wikimedia Commons

Също така, вместо калай с хомогенна цинкова повърхност като контейнера за клетки, има поредица от компактни дискове (горно изображение).

В центъра на всички дискове се намира пръчка от MnO ₂, в горния край на която стърчи изолационна шайба и маркира положителния извод (катод) на акумулатора.

Обърнете внимание, че дисковете са покрити с порест и метален слой; последният може да бъде и тънък пластмасов филм.

Основата на клетката е отрицателният терминал, където цинкът окислява и освобождава електроните; но те се нуждаят от външна верига, за да стигнат до върха на акумулатора, положителния му извод.

Повърхността на цинка не е гладка, както е при клетките на Leclanché, но е грапава; тоест те имат много пори и голяма повърхност, които увеличават активността на батерията.

Основни електролити

Формата и структурата на батериите се променят според вида и дизайна. Всички алкални батерии обаче имат общо pH на техния електролитен състав, което се дължи на добавянето на NaOH или KOH към пастообразната смес.

Всъщност именно OH йони ^- тези, които участват в реакциите, отговорни за електрическата енергия, осигурена от тези обекти.

Функциониращ

Когато алкалната батерия е свързана към уреда и е включена, цинкът веднага реагира с ОН ^- от пастата:

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

Двата електрона, освободени от окисляването на цинка, пътуват до външната верига, където са отговорни за стартирането на електронния механизъм на устройството.

След това се връщат към акумулатора през положителния терминал (+), катода; тоест те пътуват през MnO ₂ -графитния електрод. Тъй като макароните имат определена влажност, се осъществява следната реакция:

2MnO ₂ (S) + 2Н ₂ O (л) + 2е ^- => 2MnO (OH) (S) + 2ОН ^- (вод)

Сега MnO ₂ е намален или печели електроните на Zn. Именно поради тази причина този терминал съответства на катода, откъдето става редукцията.

Обърнете внимание, че ОН ^- се регенерира в края на цикъла за рестартиране на окислението на Zn; с други думи, те дифундират в средата на пастата, докато отново не влязат в контакт с прахообразния цинк.

По същия начин, газообразни продукти, които не са оформени, както се случва с клетката на цинк-въглерод, където NH ₃ и Н ₂ са генерирани.

Ще дойде момент, в който цялата повърхност на електрода ще бъде покрита от твърдите вещества на Zn (OH) ₂ и MnO (OH), което ще завърши полезния живот на батерията.

Презареждащи се батерии

Описаната алкална батерия не се презарежда, така че след като е „мъртва“, няма начин да я използвате отново. Това не е така при акумулаторните, които се характеризират с обратими реакции.

За да се върнат продуктите в реагенти, трябва да се приложи електрически ток в обратна посока (не от анод към катод, а от катод към анод).

Пример за акумулаторна алкална батерия е NiMH. Състои се от анод NiOOH, който губи електрони на катода на никеловия хидрид. Когато батерията се използва, тя се разтоварва и оттам идва добре познатата фраза „зареждайте батерията“.

По този начин може да се презарежда стотици пъти, ако е необходимо; обаче времето не може да бъде напълно обърнато и първоначалните условия са достигнати (което би било неестествено).

Освен това, той не може да се презарежда произволно: трябва да се спазват препоръчаните от производителя препоръки.

Ето защо рано или късно тези батерии също загиват и губят своята ефективност. Предимството му обаче е, че не е бързо за еднократна употреба, допринасяйки по-малко за замърсяване.

Други акумулаторни батерии са никел-кадмиеви и литиеви батерии.

Приложения

Източник: Pxhere.

Някои варианти на алкални батерии са толкова малки, че могат да се използват в часовници, дистанционни управления, часовници, радиостанции, играчки, компютри, конзоли, фенерчета и др. Други са по-големи от фигурка на клон на Междузвездни войни.

Всъщност това са тези на пазара, които преобладават над други видове батерии (поне за домашна употреба). Те издържат по-дълго и генерират повече електроенергия от конвенционалните батерии Leclanché.

Въпреки че цинково-мангановата батерия не съдържа токсични вещества, други батерии, като живачни батерии, откриват дебат за възможното им въздействие върху околната среда.

От друга страна, алкалните батерии работят много добре при широк диапазон от температури; Те дори могат да работят под 0 ° C, така че са добър източник на електрическа енергия за онези уреди, които са заобиколени от лед.

Препратки

1. Шивър и Аткинс. (2008 г.). Неорганична химия. (Четвърто издание). Mc Graw Hill.
2. Уитън, Дейвис, Пек и Стенли. (2008 г.). Химия. (8-мо изд.). CENGAGE Обучение.
3. Боби. (10 май 2014 г.). Научете повече за най-надеждните алкални батерии. Възстановени от: upsbatterycenter.com
4. Duracell. (2018). Често задавани въпроси: наука. Възстановено от: duracell.mx
5. Бойър, Тимоти. (19 април 2018 г.). Каква е разликата между алкални и неалкални батерии? Sciencing. Възстановено от: sciaching.com
6. Майкъл У. Дейвидсън и Флоридския държавен университет. (2018). Алкално-манганова батерия Възстановени от: micro.magnet.fsu.edu