Alkaline batterij

De alkalische batterij gebruikt kaliumhydroxide als elektrolyt om energie te produceren

Wat is een alkalische batterij?

A Alkaline batterij Het is een batterij die zijn energie verkrijgt van de chemische oxidatiereactie tussen zink (kathode) en mangaandioxide (anode) en als elektrolyt kaliumhydroxide gebruikt. Het medium is basic, dus het wordt "alkalisch" genoemd.

Dit is het belangrijkste verschil tussen deze stapel en vele anderen, waar de elektrolyten zuren zijn, zoals het geval is bij de zink-koolstofbatterijen die NH-zouten gebruiken₄CL, of zelfs zwavelzuur geconcentreerd in autobatterijen.

Het is ook een droge batterij, omdat de basiselektrolyten in de vorm van pasta zijn met een laag percentage vocht, maar voldoende om een ​​migratie van de ionen die deelnemen aan de chemische reacties op de elektroden mogelijk maken en dus het elektronencircuit voltooien.

Hoe groter de stapel, hoe groter zijn leven en werkcapaciteit (vooral als ze bedoeld zijn voor artefacten die veel energie verbruiken). Voor kleine artefacten heb je de AA- en AAA -batterijen.

Een ander verschil, afgezien van de pH van zijn elektrolytische samenstelling, is dat ze, meestal oplaadbaar zijn of niet, meestal langer meegaan dan zure batterijen.

Alkalische batterijcomponenten

In de zink-koolstofbatterij zijn er twee elektroden: één zink en de andere grafische koolstof. In zijn "basisversie" bestaat een van de elektroden, in plaats van grafiet, uit mangaanoxide (IV), de mijne₂, Gemengd met grafiet.

Het oppervlak van beide elektroden wordt verbruikt en gecoat met de vaste stoffen als gevolg van de reacties.

Interieur van een alkalische batterij. Bron: Wikimedia Commons

In plaats van een blikje met homogeen zinkoppervlak als een celcontainer, is er ook een reeks compactschijven (superieure afbeelding).

Kan u van dienst zijn: kristallijne vaste stoffen: structuur, eigenschappen, typen, voorbeelden

In het midden van alle schijven ligt een MNO -staaf₂, aan wiens bovenste uiteinde een isolerende wasmachine staat en de positieve terminal (kathode) van de stapel markeert.

De schijven zijn bedekt met een poreuze en een metalen laag, de laatste kan ook een dunne plastic film zijn.

De basis van de batterij vormt de negatieve terminal, waarbij zink elektronen oxideert en vrijgeeft. Maar deze hebben een extern circuit nodig om de bovenkant van de batterij te bereiken, de positieve terminal.

Het zinkoppervlak is niet glad, zoals het geval is met de cellen van LeClanché, maar ruw. Dat wil zeggen, ze presenteren veel poriën en een groot oppervlakkig gebied dat de activiteit van de batterij verhoogt.

Basic elektrolyten

De vorm en structuur van de batterijen veranderen volgens het type en het ontwerp. Alle alkalische batterijen hebben echter een eenvoudige pH van hun elektrolytische samenstelling gemeen, wat te wijten is aan de toevoeging van NaOH of KOH aan het pastei -mengsel.

Eigenlijk, oh ionen zijn^- Degenen die deelnemen aan de reacties die verantwoordelijk zijn voor de elektriciteit die door deze objecten wordt bijgedragen.

Hoe werkt een alkalische batterij??

Wanneer de alkalische batterij is aangesloten op het artefact en ingeschakeld, reageert het zink onmiddellijk met de OH^- van de pasta:

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

De 2 elektronen die worden vrijgegeven door zinkoxidatie reizen naar het externe circuit, waar ze verantwoordelijk zijn voor het geven van het elektronische mechanisme van het artefact.

Vervolgens keren ze terug naar de batterij via de positieve terminal (+), de kathode, dat wil zeggen dat ze de MNO -elektrode reizen₂-grafiet. Omdat de pasta een bepaalde vochtigheid heeft, vindt de volgende reactie plaats:

Het kan u van dienst zijn: calcogenen of amphumos

2mn₂(s) + 2H₂Of (l) + 2e^- => 2mn (oh) (s) + 2OH^-(AC)

Nu de MNO₂ Zn -elektronen worden verminderd of gewonnen. Het is om deze reden dat deze terminal overeenkomt met de kathode, waar de reductie plaatsvindt.

OH^- Het wordt geregenereerd aan het einde van de cyclus om de oxidatie van de Zn te beginnen. Met andere woorden, ze verspreiden zich in het midden van de pasta totdat ze weer in contact komen met het poederzink.

Evenzo worden gasvormige producten gevormd, zoals het geval is met de zink-koolstofstapel, waar NH wordt gegenereerd₃ en h₂.

Een punt zal aankomen waar het hele oppervlak van de elektrode wordt bedekt door Zn (OH) vaste stoffen₂ en mno (oh), het beëindigen van de nuttige levensduur van de stapel.

Oplaadbare batterijen

De beschreven alkalische batterij is niet oplaadbaar, dus eenmaal "dood" is er geen manier om het opnieuw te gebruiken. Dit is anders met het oplaadbare, die worden gekenmerkt door omkeerbare reacties.

Om de producten om te keren naar reagentia, moet een elektrische stroom in de tegenovergestelde richting worden toegepast (niet van de anode naar de kathode, maar van de kathode naar de anode).

Een voorbeeld van een oplaadbare alkalische batterij is de NIMH. Dit bestaat uit een NIOOH -anode, die elektronen verliest die naar de nikkelhydride -kathode gaan. Wanneer de batterij wordt gebruikt, en dit is waar de bekende uitdrukking "laden de batterij" komt.

Het kan dus honderden keren opnieuw worden opgeladen, indien nodig. De tijd kan echter niet volledig worden omgekeerd en de oorspronkelijke omstandigheden bereikt (wat onnatuurlijk zou zijn).

Evenzo kan het niet op een willekeurige manier worden opgeladen: de door de fabrikant aanbevolen richtlijnen moeten worden gevolgd.

Kan u dienen: Pentahydraat kopersulfaat: structuur, eigenschappen, gebruik

Dat is de reden waarom vroeg of laat deze batterijen ook vergaan en hun effectiviteit verliezen. Het biedt echter het voordeel dat het niet snel wegwerpbaar is, minder bij te dragen aan vervuiling.

Andere oplaadbare batterijen zijn die van nikkel-cadmium en lithium.

Gebruik van alkalische batterijen

- Sommige varianten van alkalische batterijen zijn zo klein dat ze kunnen worden gebruikt in horloges, afstandsbedieningen, horloges, radio's, speelgoed, computers, consoles, zaklampen, enz. 

- In de markt zijn deze die overheersen over andere soorten batterijen (althans voor binnenlands gebruik). Ze gaan langer mee en genereren meer elektriciteit dan conventionele stapels LeClanché.

- Ze werken heel goed in een breed temperatuurbereik, ze kunnen zelfs onder 0 ° C werken, dus ze zijn een goede bron van elektrisch vermogen voor die met ijs opgekringde artefacten.

Hoewel de zink-manganese batterij geen giftige stoffen bevat, openen andere batterijen, bijvoorbeeld die van kwik, een debat over hun mogelijke impact op het milieu.

Referenties

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley (2008). Scheikunde. Cengage leren.
2. Vaak vragen: wetenschap. Hersteld van Duracell.mx
3. Wat is het verschil tussen alkalische en niet-alkalinebatterijen? Hersteld van wetenschap.com
4. De alkalisch-manganese batterij. Micro hersteld.Magneet.FSU.Edu