Alkalická batéria je batéria, v ktorej sa hodnota pH jeho zloženie elektrolytu je základná. Toto je hlavný rozdiel medzi touto batériou a mnohými inými, kde sú jej elektrolyty kyslé; ako je tomu v prípade zinok-uhlíkových batérií, ktoré použitie NH 4 Cl soli , alebo dokonca koncentrovanej kyseliny sírovej v autobatérií.
Je to tiež suchý článok, pretože základné elektrolyty sú vo forme pasty s nízkym percentom vlhkosti; ale dosť na to, aby umožnil migráciu iónov zúčastňujúcich sa chemických reakcií smerom k elektródam, a tak dokončil elektrónový obvod.
Zdroj: Mike Mozart cez Flickr.
Na obrázku vyššie je 9 V batéria Duracell, jedna z najznámejších príkladov alkalických batérií. Čím väčšia je batéria, tým dlhšia je jej životnosť a pracovná kapacita (najmä ak sa používajú pre energeticky náročné spotrebiče). Pre malé spotrebiče máte batérie typu AA a AAA.
Ďalším rozdielom, s výnimkou pH ich elektrolytového zloženia, je to, že keď sú nabíjateľné alebo nie, zvyčajne vydržia dlhšie ako kyslé batérie.
Súčasti alkalických batérií
V zinkovo-uhlíkovej batérii sú dve elektródy: jedna zo zinku a druhá z grafitového uhlíka. Vo svojej základnej verzii "" jednej z elektród namiesto toho, grafit, sa skladá z mangánu (IV) oxid, MnO 2 v zmesi s grafitom.
Povrch obidvoch elektród sa spotrebúva a zakrýva tuhá látka, ktorá je výsledkom reakcií.
Zdroj: Hlavný držiteľ, z Wikimedia Commons
Namiesto cínu s homogénnym zinkovým povrchom ako bunkovým kontajnerom existuje aj séria kompaktných diskov (horný obrázok).
V stredu všetkých kotúčov leží tyč MnO 2 , na hornom konci, ktorého izolačná podložka vyčnieva a značky na kladný pól (katódu) batérie.
Pamätajte, že disky sú pokryté pórovitou a kovovou vrstvou; posledne menovaná by tiež mohla byť tenká plastová fólia.
Základom bunky je záporný terminál, kde zinok oxiduje a uvoľňuje elektróny; ale tieto potrebujú vonkajší obvod, aby dosiahli vrchol batérie, jej kladný pól.
Povrch zinku nie je hladký, ako je to v prípade buniek Leclanché, ale drsný; to znamená, že majú veľa pórov a veľkú plochu povrchu, ktoré zvyšujú aktivitu batérie.
Základné elektrolyty
Tvar a štruktúra batérií sa mení podľa typu a prevedenia. Všetky alkalické batérie však majú obyčajne zásadité pH svojho elektrolytického zloženia, čo je spôsobené pridaním NaOH alebo KOH do pastovitej zmesi.
V skutočnosti sú to ióny OH - tie, ktoré sa zúčastňujú reakcií zodpovedných za elektrickú energiu poskytovanú týmito objektmi.
fungovanie
Po pripojení a zapnutí alkalickej batérie k zariadeniu zinok okamžite reaguje s OH - z pasty:
Zn (s) + 2OH - (aq) => Zn (OH) 2 (s) + 2e -
Dva elektróny uvoľňované oxidáciou zinku cestujú do vonkajšieho obvodu, kde sú zodpovedné za spustenie elektronického mechanizmu zariadenia.
Potom sa vrátia do batérie cez kladný pól (+), katódu; to znamená, že cestovať cez MnO 2 -grafit elektródy . Keďže cestoviny majú určitú vlhkosť, prebieha táto reakcia:
2MnO 2 (s) + 2 H 2 O (l) + 2e - => 2MnO (OH) (s) + 2OH - (aq)
Teraz MnO 2 je znížená alebo získava elektróny z Zn. Z tohto dôvodu tento terminál zodpovedá katóde, ktorá je miestom, kde dochádza k redukcii.
Všimnite si, že OH - je regenerovaný na konci cyklu na opätovné spustenie oxidácie Zn; inými slovami sa rozptyľujú do stredu pasty, až kým sa znovu nedostanú do kontaktu s práškovým zinkom.
Podobne, plynné produkty nie sú vytvorené, ako je tomu u zinok-uhlík bunky, kde NH 3 a H 2 sú generované .
Príde bod, v ktorom bude celý povrch elektródy pokrytý pevnými látkami Zn (OH) 2 a MnO (OH), čím sa ukončí životnosť batérie.
Nabíjateľné batérie
Popísaná alkalická batéria sa nedá nabíjať, takže akonáhle je „vybitá“, nie je možné ju znova použiť. To neplatí pre nabíjateľné akumulátory, ktoré sa vyznačujú reverzibilnými reakciami.
Aby sa produkty vrátili na reaktanty, musí sa elektrický prúd privádzať v opačnom smere (nie z anódy na katódu, ale z katódy na anódu).
Príkladom dobíjateľnej alkalickej batérie je NiMH. Skladá sa z NiOOH anódy, ktorá stráca elektróny na niklovej hydridovej katóde. Pri použití batérie sa vybíja a odtiaľ pochádza známa fráza „nabite batériu“.
Môže sa teda podľa potreby nabíjať stokrát. čas sa však nedá úplne zvrátiť a dosiahnuť pôvodné podmienky (ktoré by boli neprirodzené).
Taktiež ho nie je možné nabíjať ľubovoľným spôsobom: je potrebné dodržiavať pokyny výrobcu.
Preto tieto batérie skôr alebo neskôr zahynú a stratia svoju účinnosť. Má však výhodu, že nie je rýchlo k dispozícii na jedno použitie, čo prispieva menej ku kontaminácii.
Ďalšími nabíjateľnými batériami sú nikel-kadmiové a lítiové batérie.
aplikácia
Zdroj: Pxhere.
Niektoré varianty alkalických batérií sú také malé, že sa dajú použiť na hodinky, diaľkové ovládače, hodiny, rádiá, hračky, počítače, konzoly, baterky atď. Iní sú väčšie ako figúrka klonu Star Wars.
V skutočnosti sú to tie na trhu, ktoré prevládajú nad inými typmi batérií (aspoň na použitie v domácnosti). Vydrží dlhšie a generujú viac elektriny ako konvenčné batérie Leclanché.
Hoci zinkovo-mangánová batéria neobsahuje toxické látky, iné batérie, napríklad batérie ortuti, otvárajú diskusiu o ich možnom vplyve na životné prostredie.
Na druhej strane alkalické batérie fungujú veľmi dobre pri širokom rozsahu teplôt; Môžu dokonca pracovať pod 0 ° C, takže sú dobrým zdrojom elektrickej energie pre prístroje, ktoré sú obklopené ľadom.
Referencie
- Shiver a Atkins. (2008). Anorganická chémia. (Štvrté vydanie). Mc Graw Hill.
- Whitten, Davis, Peck a Stanley. (2008). Chémia. (8. vydanie). CENGAGE Learning.
- Bobby. (10. mája 2014). Ďalšie informácie o najspoľahlivejších alkalických batériách. Získané z: upsbatterycenter.com
- Duracell. (2018). Často kladené otázky: veda. Získané z: duracell.mx
- Boyer, Timothy. (19. apríla 2018). Aký je rozdiel medzi alkalickými a nealkalickými batériami? Sciencing. Obnovené z: sciencing.com
- Michael W. Davidson a Florida State University. (2018). Alkalická mangánová batéria. Získané z: micro.magnet.fsu.edu