Щелочные батареи является батарея , в которой рН электролита его состава является основным. В этом основное отличие этой батареи от многих других, в которых электролиты кислые; как в случае с угольно-цинковыми батареями, в которых используются соли NH 4 Cl, или даже концентрированная серная кислота в автомобильных батареях.
Это тоже сухой элемент, поскольку основные электролиты находятся в виде пасты с низким процентом влажности; но достаточно, чтобы обеспечить миграцию участвующих в химических реакциях ионов к электродам и, таким образом, замкнуть электронный контур.
Источник: Майк Моцарт через Flickr.
На фото выше изображена батарея Duracell 9V, одна из самых известных щелочных батарей. Чем больше аккумулятор, тем дольше его срок службы и работоспособность (особенно, если они используются для энергоемких приборов). Для мелкой бытовой техники у вас есть батарейки AA и AAA.
Еще одно отличие, помимо pH их электролитного состава, заключается в том, что, перезаряжаемые или нет, они обычно служат дольше, чем кислотные батареи.
Компоненты щелочных батарей
В угольно-цинковой батарее два электрода: один из цинка, а другой из графитового углерода. В «базовой версии» один из электродов вместо графита состоит из оксида марганца (IV), MnO 2, смешанного с графитом.
Поверхность обоих электродов поглощается и покрывается твердыми частицами, образующимися в результате реакций.
Источник: ведущий специалист, Wikimedia Commons
Кроме того, вместо жести с однородной цинковой поверхностью в качестве контейнера для ячеек используется серия компакт-дисков (верхнее изображение).
В центре всех дисков находится стержень из MnO 2 , наверху которого выступает изолирующая шайба и отмечает положительный вывод (катод) батареи.
Обратите внимание, что диски покрыты пористым и металлическим слоем; последняя также могла быть тонкой пластиковой пленкой.
Основание ячейки - отрицательная клемма, где цинк окисляется и высвобождает электроны; но для этого нужна внешняя цепь, чтобы достичь верхней части батареи, ее положительного вывода.
Поверхность цинка не гладкая, как в случае ячеек Лекланше, а шероховатая; то есть у них много пор и большая площадь поверхности, которые увеличивают активность батареи.
Основные электролиты
Форма и структура батарей меняются в зависимости от типа и конструкции. Однако все щелочные батареи имеют общий базовый pH их электролитного состава, который обусловлен добавлением NaOH или KOH к пастообразной смеси.
Фактически, это ионы OH - те, которые участвуют в реакциях, ответственных за электрическую энергию, обеспечиваемую этими объектами.
Функционирование
Когда щелочная батарея была подключена к прибору и включена, цинк немедленно вступает в реакцию с ОН - из пасты:
Zn (s) + 2OH - (водн.) => Zn (OH) 2 (s) + 2e -
2 электрона, высвобождаемые при окислении цинка, перемещаются во внешнюю цепь, где они отвечают за запуск электронного механизма устройства.
Затем они возвращаются к батарее через положительный вывод (+), катод; то есть они проходят через MnO 2 -графитовый электрод . Поскольку макароны имеют определенную влажность, происходит следующая реакция:
2MnO 2 (т.) + 2H 2 O (l) + 2e - => 2MnO (OH) (т.) + 2OH - (водн.)
Теперь MnO 2 уменьшается или приобретает электроны Zn. По этой причине этот вывод соответствует катоду, на котором происходит восстановление.
Обратите внимание, что OH - регенерируется в конце цикла, чтобы возобновить окисление Zn; Другими словами, они диффундируют в середину пасты, пока снова не соприкоснутся с порошкообразным цинком.
Точно так же не образуются газообразные продукты, как это происходит в углеродно-цинковом элементе, где образуются NH 3 и H 2 .
Наступит момент, когда вся поверхность электрода будет покрыта твердыми частицами Zn (OH) 2 и MnO (OH), что закончится срок службы батареи.
Аккумуляторы
Описанная щелочная батарея не является перезаряжаемой, поэтому, если она «разряжена», ее невозможно использовать снова. Иначе обстоит дело с перезаряжаемыми батареями, для которых характерны обратимые реакции.
Чтобы превратить продукты в реагенты, необходимо подать электрический ток в противоположном направлении (не от анода к катоду, а от катода к аноду).
Примером перезаряжаемой щелочной батареи является NiMH. Он состоит из анода NiOOH, который отдает электроны катоду из гидрида никеля. Когда аккумулятор используется, он разряжается, отсюда и известная фраза «зарядить аккумулятор».
Таким образом, его можно заряжать сотни раз по мере необходимости; однако время не может быть полностью обращено вспять и исходные условия достигнуты (что было бы неестественно).
Кроме того, его нельзя произвольно заряжать: необходимо соблюдать рекомендации производителя.
Поэтому рано или поздно эти батарейки также погибают и теряют свою эффективность. Однако его преимущество заключается в том, что его нельзя быстро утилизировать, что меньше способствует загрязнению.
Другие аккумуляторные батареи - это никель-кадмиевые и литиевые батареи.
Приложения
Источник: Pxhere.
Некоторые варианты щелочных батарей настолько малы, что их можно использовать в часах, пультах дистанционного управления, часах, радио, игрушках, компьютерах, консолях, фонариках и т. Д. Другие больше, чем фигурка клона из «Звездных войн».
Фактически, это те, которые присутствуют на рынке, которые преобладают над другими типами батарей (по крайней мере, для домашнего использования). Они служат дольше и вырабатывают больше электроэнергии, чем обычные батареи Leclanché.
Хотя цинково-марганцевые батареи не содержат токсичных веществ, другие батареи, такие как ртутные, вызывают споры об их возможном воздействии на окружающую среду.
С другой стороны, щелочные батареи очень хорошо работают в широком диапазоне температур; Они могут работать даже при температуре ниже 0 ° C, поэтому они являются хорошим источником электроэнергии для тех приборов, которые окружены льдом.
Ссылки
- Шивер и Аткинс. (2008). Неорганическая химия. (Четвертое издание). Мак Гроу Хилл.
- Уиттен, Дэвис, Пек и Стэнли. (2008). Химия. (8-е изд.). CENGAGE Обучение.
- Бобби. (10 мая 2014 г.). Узнайте больше о самых надежных щелочных батареях. Получено с: upsbatterycenter.com
- Duracell. (2018). Часто задаваемые вопросы: наука. Получено с: duracell.mx
- Бойер, Тимоти. (19 апреля 2018 г.). В чем разница между щелочными и нещелочными батареями? Sciencing. Получено с: sciencing.com
- Майкл В. Дэвидсон и Государственный университет Флориды. (2018). Щелочно-марганцевая батарея. Получено с: micro.magnet.fsu.edu