ALKALISK BATTERI: KOMPONENTER, DRIFT OG BRUK - KJEMI - 2026

Det alkaliske batteriet er et batteri der pH i elektrolyttkomposisjonen er basisk. Dette er den viktigste forskjellen mellom dette batteriet og mange andre der dets elektrolytter er sure; som tilfellet er med sink-karbonbatterier som bruker NH ₄ Cl- salter , eller til og med konsentrert svovelsyre i bilbatterier.

Det er også en tørr celle, siden de basiske elektrolytter er i form av en pasta med en lav prosentandel av luftfuktighet; men nok til å tillate en migrasjon av ionene som deltar i de kjemiske reaksjonene mot elektrodene, og dermed fullføre elektronkretsen.

Kilde: Mike Mozart via Flickr.

Bildet ovenfor er et Duracell 9V-batteri, et av de mest kjente eksemplene på alkaliske batterier. Jo større batteri, jo lenger levetid og arbeidskapasitet (spesielt hvis de brukes til energikrevende apparater). For små apparater har du AA- og AAA-batterier.

En annen forskjell bortsett fra pH-verdien i elektrolyttkomposisjonen deres, er at de, ladbare eller ikke, generelt varer lenger enn syre-batterier.

Alkaliske batterikomponenter

I sink-karbonbatteriet er det to elektroder: en av sink, og den andre av grafittisk karbon. I sin "grunnleggende versjon" består en av elektrodene i stedet for å være grafitt, av mangan (IV) oksid, MnO ₂ blandet med grafitt.

Overflaten til begge elektrodene blir konsumert og dekket av de faste stoffene som følger av reaksjonene.

Kilde: Lead holder, fra Wikimedia Commons

I stedet for et tinn med en homogen sinkoverflate som cellebeholderen, er det en serie kompakte plater (toppbilde).

I midten av alle skivene ligger en stang av MnO ₂ , i den øvre enden som en isolerende skive stikker ut og markerer den positive terminalen (katoden) til batteriet.

Legg merke til at platene er dekket med et porøst og et metallisk lag; sistnevnte kan også være en tynn plastfilm.

Basen til cellen er den negative terminalen, der sink oksiderer og frigjør elektronene; men disse trenger en ekstern krets for å nå toppen av batteriet, dets positive terminal.

Overflaten på sinken er ikke glatt, som tilfellet er med Leclanché-celler, men ru; det vil si at de har mange porer og et stort overflateareal som øker aktiviteten til batteriet.

Grunnleggende elektrolytter

Formen og strukturen på batteriene endres i henhold til type og design. Imidlertid har alle alkaliske batterier til felles en basisk pH i elektrolyttkomposisjonen deres, noe som skyldes tilsetning av NaOH eller KOH til den pastafylte blandingen.

Egentlig er det OH-ionene ^- de som deltar i reaksjonene som er ansvarlige for den elektriske energien fra disse objektene.

fungerende

Når det alkaliske batteriet er koblet til apparatet og slått på, reagerer sinket umiddelbart med OH ^- fra lime:

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

De to elektronene som frigjøres ved oksidasjon av sink, reiser til den eksterne kretsen, hvor de er ansvarlige for å starte den elektroniske mekanismen til enheten.

Deretter går de tilbake til batteriet gjennom den positive terminalen (+), katoden; det vil si at de reiser gjennom MnO _2- grafittelektroden. Siden pastaen har en viss fuktighet, finner følgende reaksjon sted:

2MnO ₂ (s) + 2 H ₂ O (l) + 2e ^- => 2MnO (OH) (s) + 2-OH ^- (aq)

Nå er MnO ₂ redusert eller får elektronene til Zn. Det er av denne grunn at denne terminalen tilsvarer katoden, som er der reduksjonen skjer.

Merk at OH ^- regenereres ved slutten av syklusen for å starte oksidasjonen av Zn igjen; med andre ord diffunderer de seg inn i midten av lime inntil de kommer i kontakt igjen med det pulveriserte sinket.

Likeledes er gassformige produkter ikke dannes, slik det skjer med den sink-karbon-celle, hvor NH ₃ og H- ₂ er generert .

Det vil komme et punkt der hele overflaten av elektroden vil bli dekket av faststoffene til Zn (OH) ₂ og MnO (OH), og avslutte batteriets brukstid.

Oppladbare batterier

Det beskrevne alkaliske batteriet er ikke oppladbart, så når det først er "dødt" er det ingen måte å bruke det igjen. Dette er ikke tilfelle med ladbare, som er preget av å ha reversible reaksjoner.

For å tilbakeføre produktene til reaktanter, må en elektrisk strøm tilføres i motsatt retning (ikke fra anode til katode, men fra katode til anode).

Et eksempel på et oppladbart alkalisk batteri er NiMH. Den består av en NiOOH-anode, som mister elektroner til nikkelhydridkatoden. Når batteriet brukes blir det utladet, og det er her den kjente uttrykket "lade batteriet" kommer fra.

Dermed kan det lades hundrevis av ganger etter behov; tiden kan imidlertid ikke reverseres fullstendig og de opprinnelige forholdene er nådd (noe som ville være unaturlig).

Det kan heller ikke lades på en vilkårlig måte: produsentens anbefalte retningslinjer må følges.

Det er grunnen til at før eller senere også disse batteriene går til grunne og mister effektiviteten. Imidlertid har det fordelen av å ikke bli raskt engangsbruk, og bidrar mindre til forurensning.

Andre oppladbare batterier er nikkel-kadmium- og litiumbatterier.

applikasjoner

Kilde: Pxhere.

Noen varianter av alkaliske batterier er så små at de kan brukes i klokker, fjernkontroller, klokker, radioer, leker, datamaskiner, konsoller, lommelykter, etc. Andre er større enn en figur av en Star Wars-klon.

Det er faktisk disse som er markedet som dominerer fremfor andre typer batterier (i det minste til hjemmebruk). De varer lenger og produserer mer strøm enn konvensjonelle Leclanché-batterier.

Selv om sink-manganbatteriet ikke inneholder giftige stoffer, åpner andre batterier, for eksempel kvikksølv, en debatt om deres mulige innvirkning på miljøet.

På den annen side fungerer alkaliske batterier veldig bra i et bredt temperaturområde; De kan til og med jobbe under 0 ° C, så de er en god kilde til elektrisk energi for apparater som er omgitt av is.

referanser

1. Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kjemi. (Fjerde utgave). Mc Graw Hill.
2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kjemi. (8. utg.). CENGAGE Læring.
3. Bobby. (10. mai 2014). Lær mer om mest pålitelige alkaliske batterier. Gjenopprettet fra: upsbatterycenter.com
4. Duracell. (2018). Ofte stilte spørsmål: vitenskap. Gjenopprettet fra: duracell.mx
5. Boyer, Timothy. (19. april 2018). Hva er forskjellen mellom alkaliske og ikke-alkaliske batterier? Sciencing. Gjenopprettet fra: sciencing.com
6. Michael W. Davidson og Florida State University. (2018). Det alkalisk-manganske batteriet. Gjenopprettet fra: micro.magnet.fsu.edu