Στοιχεία αλκαλικής μπαταρίας, λειτουργία και χρήσεις



Το αλκαλική μπαταρία είναι μια μπαταρία στην οποία το pH της ηλεκτρολυτικής σύνθεσής της είναι βασικό. Αυτή είναι η κύρια διαφορά μεταξύ αυτής της μπαταρίας και πολλών άλλων όπου οι ηλεκτρολύτες της είναι όξινες. όπως συμβαίνει με τις μπαταρίες ψευδαργύρου-άνθρακα που χρησιμοποιούν άλατα ΝΗ4Cl ή ακόμα και πυκνό θειικό οξύ σε μπαταρίες αυτοκινήτων.

Είναι επίσης ένα ξηρό στοιχείο, δεδομένου ότι οι βασικοί ηλεκτρολύτες είναι υπό μορφή πάστας με χαμηλό ποσοστό υγρασίας. αλλά αρκετό για να επιτρέψει τη μετανάστευση των συμμετεχόντων ιόντων στις χημικές αντιδράσεις προς τα ηλεκτρόδια και έτσι να ολοκληρώσει το κύκλωμα ηλεκτρονίων.

Στην παραπάνω εικόνα έχετε μια μπαταρία Duracell 9V, ένα από τα πιο γνωστά παραδείγματα αλκαλικών μπαταριών. Όσο μεγαλύτερη είναι η στοίβα, τόσο μεγαλύτερος είναι ο χρόνος ζωής και η ικανότητα εργασίας (ειδικά αν προορίζονται για συσκευές που καταναλώνουν πολλή ενέργεια). Για μικρές συσκευές, είναι διαθέσιμες μπαταρίες AA και AAA.

Μια άλλη διαφορά, εκτός από το ρΗ της ηλεκτρολυτικής σύνθεσής της, είναι ότι, επαναφορτιζόμενες ή μη, συνήθως διαρκούν περισσότερο από τις μπαταρίες οξέος.

Ευρετήριο

  • 1 Εξαρτήματα της αλκαλικής μπαταρίας
    • 1.1 Βασικοί ηλεκτρολύτες
  • 2 Λειτουργία
    • 2.1 Επαναφορτιζόμενες μπαταρίες
  • 3 Χρήσεις
  • 4 Αναφορές

Συστατικά της αλκαλικής μπαταρίας

Στον σωρό ψευδαργύρου-άνθρακα, υπάρχουν δύο ηλεκτρόδια: ένας ψευδάργυρος και ο άλλος γραφιτικός άνθρακας. Στην "βασική του έκδοση", ένα από τα ηλεκτρόδια αντί να είναι γραφίτης, αποτελείται από οξείδιο μαγγανίου (IV), MnO2 αναμιγνύεται με γραφίτη.

Η επιφάνεια και των δύο ηλεκτροδίων καταναλώνεται και επικαλύπτεται με τα στερεά που προκύπτουν από τις αντιδράσεις.

Επίσης, αντί για κασσίτερο με ομοιογενή επιφάνεια ψευδαργύρου ως δοχείο για το κύτταρο, υπάρχει μια σειρά από συμπαγή δίσκους (κορυφή εικόνας).

Μια ράβδος MnO βρίσκεται στο κέντρο όλων των δίσκων2, στο άνω άκρο του οποίου προεξέχει μια μονωτική ροδέλα και σημειώνει το θετικό τερματικό (κάθοδο) της μπαταρίας.

Σημειώστε ότι οι δίσκοι είναι καλυμμένοι με πορώδες στρώμα και μεταλλικό στρώμα. το τελευταίο θα μπορούσε επίσης να είναι ένα λεπτό πλαστικό φιλμ.

Η βάση του σωρού αποτελεί το αρνητικό τερματικό, όπου ο ψευδάργυρος οξειδώνει και απελευθερώνει τα ηλεκτρόνια. αλλά χρειάζονται ένα εξωτερικό κύκλωμα για να φτάσει στην κορυφή του σωρού, στον θετικό του ακροδέκτη.

Η επιφάνεια του ψευδαργύρου δεν είναι ομαλή, όπως συμβαίνει με τα κύτταρα Leclanche, αλλά τραχύ. δηλαδή, έχουν πολλούς πόρους και μια μεγάλη επιφάνεια που αυξάνουν τη δραστηριότητα του σωρού.

Βασικοί ηλεκτρολύτες

Το σχήμα και η δομή των μπαταριών αλλάζουν ανάλογα με τον τύπο και το σχεδιασμό. Εντούτοις, όλες οι αλκαλικές μπαταρίες έχουν από κοινού ένα βασικό ρΗ της ηλεκτρολυτικής σύνθεσής τους, το οποίο οφείλεται στην προσθήκη ΝαΟΗ ή ΚΟΗ στο μείγμα πάστας.

Στην πραγματικότητα, είναι ιόντα ΟΗ- εκείνοι που συμμετέχουν στις υπεύθυνες αντιδράσεις της ηλεκτρικής ενέργειας που συμβάλλουν αυτά τα αντικείμενα.

Λειτουργία

Όταν η αλκαλική μπαταρία έχει συνδεθεί στη συσκευή και ανάψει, ο ψευδάργυρος αντιδρά αμέσως με το OH- των ζυμαρικών:

Zn (s) + 2ΟΗ-(ac) => Ζη (ΟΗ)2(ες) + 2ε-

Τα δύο ηλεκτρόνια που απελευθερώνονται από την οξείδωση του ψευδαργύρου ταξιδεύουν στο εξωτερικό κύκλωμα, όπου είναι υπεύθυνα για τον ηλεκτρονικό μηχανισμό του τεχνούργου..

Στη συνέχεια, επιστρέφουν στο σωρό μέσω του θετικού (+) τερματικού, της καθόδου. δηλαδή, περνούν από το ηλεκτρόδιο MnO2-γραφίτη. Εφόσον η πάστα έχει κάποια υγρασία, λαμβάνει χώρα η ακόλουθη αντίδραση:

2MnO2(s) + 2Η2O (1) + 2ε- => 2MnO (OH) (s) + 2ΟΗ-(ac)

Τώρα το MnO2 Τα ηλεκτρόνια στο Zn μειώνονται ή κερδίζονται. Για το λόγο αυτό, αυτό το τερματικό αντιστοιχεί στην κάθοδο, όπου συμβαίνει η μείωση.

Σημειώστε ότι το OH- Αναγεννάται στο τέλος του κύκλου για να ξαναρχίσει η οξείδωση του Zn. με άλλα λόγια, διαχέονται στη μέση της πάστας μέχρι να έλθουν ξανά σε επαφή με τον κονιορτοποιημένο ψευδάργυρο.

Επίσης, δεν σχηματίζονται αέρια προϊόντα, όπως συμβαίνει με τη μπαταρία ψευδαργύρου-άνθρακα όπου παράγεται NH3 και Η2.

Θα έρθει ένα σημείο όπου ολόκληρη η επιφάνεια του ηλεκτροδίου θα καλυφθεί από τα στερεά Zn (OH)2 και MnO (OH), τερματίζοντας τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.

Επαναφορτιζόμενες μπαταρίες

Η αλκαλική μπαταρία που περιγράφεται δεν είναι επαναφορτιζόμενη, έτσι ώστε μια φορά "νεκρή" δεν υπάρχει τρόπος να χρησιμοποιηθεί ξανά. Αυτό δεν συμβαίνει με τις επαναφορτιζόμενες, οι οποίες χαρακτηρίζονται από αναστρέψιμες αντιδράσεις.

Για να αναστραφούν τα προϊόντα στα αντιδραστήρια, πρέπει να εφαρμοστεί ένα ηλεκτρικό ρεύμα στην αντίθετη κατεύθυνση (όχι από την άνοδο στην κάθοδο, αλλά από την κάθοδο στην άνοδο).

Ένα παράδειγμα μιας επαναφορτιζόμενης αλκαλικής μπαταρίας είναι το NiMH. Αυτό αποτελείται από μια άνοδο NiOOH, η οποία χάνει ηλεκτρόνια που κατευθύνονται προς την κάθοδο υδριδίου νικελίου. Όταν χρησιμοποιείται η μπαταρία, αποφορτίζεται και αυτό προέρχεται από τη γνωστή φράση "φόρτιση της μπαταρίας"..

Έτσι, μπορεί να επαναφορτιστεί εκατοντάδες φορές, όπως είναι απαραίτητο. Ωστόσο, ο χρόνος δεν μπορεί να αντιστραφεί τελείως και να επιτευχθούν οι αρχικές συνθήκες (που θα ήταν αφύσικο).

Επίσης, δεν μπορεί να επαναφορτιστεί με αυθαίρετο τρόπο: πρέπει να ακολουθούνται οι οδηγίες που συνιστά ο κατασκευαστής.

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο αργότερα ή αργότερα αυτές οι μπαταρίες χάνονται και χάνουν την αποτελεσματικότητά τους. Ωστόσο, έχει το πλεονέκτημα ότι δεν είναι γρήγορα διαθέσιμο, συμβάλλοντας λιγότερο στη ρύπανση.

Άλλες επαναφορτιζόμενες μπαταρίες είναι μπαταρίες νικελίου-καδμίου και λιθίου.

Χρησιμοποιεί

Ορισμένες παραλλαγές αλκαλικών μπαταριών είναι τόσο μικρές ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε ρολόγια, τηλεχειριστήρια, ρολόγια, ραδιόφωνα, παιχνίδια, υπολογιστές, κονσόλες, φακούς κλπ. Άλλοι, είναι μεγαλύτεροι από ένα ειδώλιο ενός κλώνος Star Wars.

Στην πραγματικότητα, στην αγορά αυτοί είναι εκείνοι που υπερισχύουν έναντι άλλων τύπων μπαταριών (τουλάχιστον για οικιακή χρήση). Διαρκούν περισσότερο και παράγουν περισσότερο ηλεκτρισμό από τις συμβατικές μπαταρίες Leclanché.

Αν και η μπαταρία ψευδαργύρου-μαγγανίου δεν περιέχει τοξικές ουσίες, άλλες μπαταρίες, όπως ο υδράργυρος, ανοίγουν μια συζήτηση σχετικά με τις πιθανές επιπτώσεις στο περιβάλλον.

Από την άλλη πλευρά, οι αλκαλικές μπαταρίες λειτουργούν πολύ καλά σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών. μπορούν ακόμη και να λειτουργούν κάτω από 0 ° C, έτσι είναι μια καλή πηγή ηλεκτρικής ενέργειας για τις συσκευές που περιβάλλονται από πάγο.

Αναφορές

  1. Shiver & Atkins. (2008). Ανόργανη χημεία (Τέταρτη έκδοση). Mc Graw Hill.
  2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Χημεία (8η έκδοση). CENGAGE Μάθηση.
  3. Μπόμπι (10 Μαΐου 2014). Μάθετε περισσότερα για τις πιο αξιόπιστες αλκαλικές μπαταρίες. Ανακτήθηκε από: upsbatterycenter.com
  4. Duracell. (2018). Συχνές ερωτήσεις: επιστήμη. Ανάκτηση από: duracell.mx
  5. Boyer, Τιμόθεο. (19 Απριλίου 2018). Ποια είναι η διαφορά μεταξύ αλκαλικών και μη αλκαλικών μπαταριών; Sciencing. Ανακτήθηκε από: sciencing.com
  6. Michael W. Davidson και το κρατικό πανεπιστήμιο της Φλώριδας. (2018). Η μπαταρία αλκαλικού-μαγγανίου. Ανακτήθηκε από: micro.magnet.fsu.edu