Komponenty alkalických batérií, prevádzka a použitie



alkalická batéria je to batéria, v ktorej je pH jej elektrolytického zloženia zásadité. Toto je hlavný rozdiel medzi touto batériou a mnohými ďalšími, kde sú jej elektrolyty kyslé; ako v prípade zinkovo-uhlíkových batérií, ktoré používajú NH soli4Cl, alebo dokonca koncentrovanú kyselinu sírovú v autobatériách.

Je to tiež suchá bunka, pretože bázické elektrolyty sú vo forme pasty s nízkym percentom vlhkosti; ale dosť na to, aby umožnili migráciu zúčastnených iónov v chemických reakciách smerom k elektródam, a tak dokončili elektrónový obvod.

Na obrázku vyššie je 9V batéria Duracell, jeden z najznámejších príkladov alkalických batérií. Čím väčší zásobník, tým dlhšia je jeho životnosť a pracovná kapacita (najmä ak sú určené pre zariadenia, ktoré spotrebúvajú veľa energie). Pre malé zariadenia sú k dispozícii batérie typu AA a AAA.

Ďalším rozdielom, okrem pH jeho elektrolytického zloženia, je to, že sa dobíja alebo nie, zvyčajne trvá dlhšie ako kyslé batérie..

index

  • 1 Komponenty alkalickej batérie
    • 1.1 Základné elektrolyty
  • 2 Prevádzka
    • 2.1 Nabíjateľné batérie
  • 3 Použitie
  • 4 Odkazy

Komponenty alkalickej batérie

V hromade zinku a uhlíka sú dve elektródy: jeden zinok a druhý grafitický uhlík. Vo svojej "základnej verzii" sa jedna z elektród namiesto grafitu skladá z oxidu manganičitého (IV), MnO2 zmiešané s grafitom.

Povrch oboch elektród sa spotrebuje a potiahne tuhou látkou, ktorá je výsledkom reakcií.

Namiesto cínu s homogénnym zinkovým povrchom ako nádoby pre bunku je tiež rad kompaktných diskov (horný obrázok).

Prút MnO leží v strede všetkých diskov2, na hornom konci ktorého vyčnieva izolačná podložka a označuje kladnú svorku (katódu) batérie.

Všimnite si, že disky sú pokryté poréznou vrstvou a kovovou vrstvou; posledne uvedená môže byť tiež tenká plastová fólia.

Základňa hromady tvorí záporný pól, kde zinok oxiduje a uvoľňuje elektróny; ale tieto potrebujú externý obvod, aby dosiahol vrchol hromady, jej pozitívny terminál.

Povrch zinku nie je hladký, ako je to v prípade buniek Leclanché, ale drsný; to znamená, že majú mnoho pórov a veľkú povrchovú plochu, ktorá zvyšuje aktivitu vlasu.

Základné elektrolyty

Tvar a štruktúra batérií sa mení podľa typu a prevedenia. Všetky alkalické batérie majú však spoločné základné pH ich elektrolytického zloženia, čo je spôsobené pridaním NaOH alebo KOH do zmesi pasty..

V skutočnosti sú to ióny OH- tých, ktorí sa podieľajú na zodpovedných reakciách elektrickej energie, ktorú tieto objekty prispievajú.

operácie

Keď je alkalická batéria pripojená k spotrebiču a zapálená, zinok okamžite reaguje s OH- cestovín:

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

Dva elektróny uvoľnené oxidáciou zinku putujú do vonkajšieho obvodu, kde majú na starosti elektronický mechanizmus artefaktu..

Potom sa vrátia na hromadu cez kladný (+) terminál, katódu; to znamená, že prechádzajú elektródou MnO2-grafit. Pretože pasta má určitú vlhkosť, prebieha nasledujúca reakcia:

2MnO2(s) + 2H20 (l) + 2e- => 2MnO (OH) (s) + 2OH-(Aq)

Teraz MnO2 Elektróny v Zn sú redukované alebo získané. Z tohto dôvodu zodpovedá tento terminál katóde, kde dochádza k redukcii.

Všimnite si, že OH- regeneruje sa na konci cyklu, aby sa znovu začala oxidácia Zn; inými slovami, difundujú v strede pasty, až kým sa znovu nedostanú do kontaktu s práškovým zinkom.

Tiež sa nevytvárajú plynné produkty, ako je to v prípade zinkovo-uhlíkovej batérie, kde sa vytvára NH3 a H2.

Prichádza bod, kde bude celý povrch elektródy pokrytý pevnými látkami Zn (OH).2 a MnO (OH), končiac životnosť batérie.

Nabíjateľné batérie

Popísaná alkalická batéria nie je dobíjateľná, takže raz "mŕtvy" nie je možné ju znovu použiť. Toto nie je prípad dobíjateľných, ktoré sú charakterizované reverzibilnými reakciami.

Na obrátenie produktov na reagencie musí byť aplikovaný elektrický prúd v opačnom smere (nie od anódy k katóde, ale od katódy k anóde)..

Príkladom dobíjateľnej alkalickej batérie je NiMH. To pozostáva z NiOOH anódy, ktorá stráca elektróny, ktoré sú nasmerované na nikelhydridovú katódu. Keď sa batéria používa, je vybitá, a to je miesto, kde je známa fráza "nabiť batériu"..

Môže sa teda podľa potreby opakovane dobíjať; čas sa však nedá úplne zvrátiť a dosiahnuté pôvodné podmienky (ktoré by boli neprirodzené).

Tiež sa nedá dobíjať ľubovoľným spôsobom: musia sa dodržiavať pokyny odporúčané výrobcom.

Preto skôr alebo neskôr tieto batérie tiež zahynú a strácajú účinnosť. Má však tú výhodu, že nie je rýchlo použiteľný a prispieva k znečisťovaniu menej.

Ďalšie nabíjateľné batérie sú nikel-kadmiové a lítiové batérie.

aplikácie

Niektoré varianty alkalických batérií sú také malé, že ich možno použiť v hodinkách, diaľkových ovládačoch, hodinkách, rádiách, hračkách, počítačoch, konzolách, baterkách atď. Iné sú väčšie ako figúrka klonu Star Wars.

V skutočnosti sú na trhu tie, ktoré prevládajú nad inými typmi batérií (aspoň pre domáce použitie). Vydržia dlhšie a generujú viac elektriny ako bežné batérie Leclanché.

Hoci zinkovo-mangánová batéria neobsahuje toxické látky, iné batérie, ako napríklad ortuť, otvárajú diskusiu o jej možnom vplyve na životné prostredie..

Na druhej strane alkalické batérie pracujú veľmi dobre v širokom rozsahu teplôt; môžu dokonca pracovať pod 0 ° C, takže sú dobrým zdrojom elektrickej energie pre tie zariadenia, ktoré sú obklopené ľadom.

referencie

  1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganická chémia (Štvrté vydanie). Mc Graw Hill.
  2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chémia. (8. vydanie). CENGAGE Učenie.
  3. Bobby. (10. mája 2014). Ďalšie informácie o väčšine spoľahlivých alkalických batérií. Zdroj: upsbatterycenter.com
  4. Duracell. (2018). Často kladené otázky: veda. Obnovené z: duracell.mx
  5. Boyer, Timothy. (19. apríl 2018). Aký je rozdiel medzi alkalickými a alkalickými batériami? Sciencing. Zdroj: sciencing.com
  6. Michael W. Davidson a Florida State University. (2018). Alkalicko-mangánová batéria. Zdroj: micro.magnet.fsu.edu