BATTERITYPER, EGENSKAPER OG REAKSJONER - KJEMI - 2026

I markedet kan du få forskjellige typer batterier med sine egne egenskaper . Batterier, som ikke er noe annet enn voltaceller, gir forbrukerne fordelen av å ta med seg strøm hvor som helst (så lenge forholdene ikke er drastiske).

Batterier kan vanligvis kjøpes isolert; men de oppnås også koblet med hverandre i serie eller parallelt, hvis sett kommer til å være det de kaller batterier. Og det er dermed slik at noen ganger brukes begrepene 'batterier' og 'batterier', uten å være de samme.

Alkaliske batterier: en av de mest populære batteritypene. Kilde: Pexels.

Bunker kan komme i utallige farger, former og størrelser, akkurat som de kan være laget av andre materialer. På samme måte, og enda viktigere, er dens indre struktur, der de kjemiske reaksjonene som produserer elektrisitet, skiller dem fra hverandre.

For eksempel viser bildet over tre alkaliske batterier, et av de vanligste. Begrepet alkalisk refererer til det faktum at mediet der frigjøring og strøm av elektroner skjer, er grunnleggende; det vil si at den har en pH som er større enn 7 og OH ^- anioner og andre negative ladninger dominerer .

Generell rangering

Før du tar opp noen av de forskjellige batteritypene der ute, er det nødvendig å vite at disse globalt klassifiseres som enten primære eller sekundære.

Hoved

Primære batterier er de som, når de er brukt, må kasseres eller resirkuleres, siden den kjemiske reaksjonen som den elektriske strømmen er basert på, er irreversibel. Derfor kan de ikke lades.

De brukes hovedsakelig i applikasjoner der det er upraktisk å lade opp elektrisk energi; slik som i militære apparater, midt på slagmarken. På samme måte er de designet for utstyr som bruker lite energi, slik at de varer lenger; for eksempel fjernkontroller eller bærbare konsoller (for eksempel Gameboy, Tetris og Tamagotchi).

Alkaliske batterier, for å nevne et annet eksempel, hører også til den primære typen. De har vanligvis sylindriske former, selv om dette ikke innebærer at sylindriske batterier ikke kan være sekundære eller oppladbare.

videregående skoler

I motsetning til primærbatterier, kan sekundære batterier lades når de har gått tom.

Dette er fordi de kjemiske reaksjonene som oppstår i dem er reversible, og derfor, etter påføring av en viss spenning, får produktartene til å bli reaktive igjen, og dermed starte reaksjonen på nytt.

Noen sekundære celler (kalt batterier) er vanligvis små, som de primære; de er imidlertid beregnet på enheter som bruker mer energi og som bruk av primære batterier vil være upraktisk økonomisk og energisk. For eksempel inneholder mobiltelefonbatterier sekundære celler.

Sekundære celler er også designet for stort utstyr eller kretsløp; for eksempel bilbatterier, som består av flere batterier eller voltceller.

De er generelt dyrere enn primære celler og batterier, men for langvarig bruk ender de opp med å være et mer passende og effektivt alternativ.

Andre aspekter

Bunker er klassifisert som enten primær eller sekundær; men kommersielt eller populært klassifiseres de vanligvis etter sin form (sylindrisk, rektangulær, knappetype), den tiltenkte enheten (kameraer, kjøretøyer, kalkulatorer), deres navn (AA, AAA, C, D, N, A23, etc. ), og deres IEC- og ANSI-koder.

Egenskaper som deres spenning (1,2 til 12 volt), så vel som deres levetid og priser, er også ansvarlige for å gi dem en viss klassifisering i forbrukerens øyne.

Liste over batterityper

-Karbon-sink

Karbon-sink-batterier (også kjent som Leclanché-celler eller saltvannsbatterier) er en av de mest primitive, og anses for tiden nesten ikke brukes sammenlignet med andre batterier; spesielt sammenlignet med alkaliske batterier, som selv om de er litt dyrere, har lengre levetid og spenninger.

Som navnet antyder, består elektrodene av en sinkboks og en grafittstav, tilsvarende henholdsvis anoden og katoden.

I den første elektroden, anoden, kommer elektroner ved oksidasjon av metallisk sink. Disse elektronene går deretter gjennom en ekstern krets som mater enheten med elektrisk energi, og så havner de ved grafittkatoden, der syklusen er fullført ved å redusere mangandioksid som den er nedsenket i.

reaksjoner

De kjemiske ligningene for reaksjonene som oppstår ved elektrodene er:

Zn (s) → Zn ²⁺ (ac) + 2e ^- (Anode)

2 MnO ₂ (s) + 2e ^- + 2 NH ₄ Cl (aq) → Mn ₂ O ₃ (s) + 2 NH ₃ (aq) + H ₂ O (l) + 2 Cl ^- (aq) (Katode)

Disse batteriene ligner veldig på alkaliske batterier: begge er sylindriske (for eksempel den på bildet). Imidlertid kan karbon-sink-batterier skilles ved å lese karakteristikkene merket på utsiden i detalj, eller hvis deres IEC-kode er gitt av bokstaven R. Deres spenning er 1,5 V.

-Alkaline

Alkaliske batterier ligner veldig på typen karbon-sink, med den forskjellen at mediet der elektrodene befinner seg inneholder OH ^- anioner . Dette mediet består av sterke elektrolytter av kaliumhydroksyd, KOH, som bidrar til OH ^- som deltar og "samarbeider" i migrasjonen av elektroner.

Den kommer i forskjellige størrelser og spenninger, selv om den vanligste er 1,5V. De er kanskje de mest kjente batteriene på markedet (Duracell, for eksempel).

Reaksjonene som oppstår på elektrodene dine er:

Zn (s) + 2-OH ^- (aq) → ZnO (s) + H ₂ O (l) + 2e ^- (Anode)

2MnO ₂ (s) + H ₂ O (l) + 2e ^- → Mn ₂ O ₃ (s) + 2OH ^- (aq) (katode)

Når temperaturen øker, desto raskere oppstår reaksjonene, og desto raskere blir batteriene utladet. Interessant nok spredte populære rykter seg for å sette dem i fryseren for å øke levetiden; Imidlertid kan innholdet under avkjølelse gjennomgå mulig størkning som kan føre til påfølgende feil eller risiko.

Mercury

Trolig kvikksølvbatteri, som kan forveksles med sølvoksydbatteriet. Kilde: Multicherry.

Kvikksølvbatterier er veldig karakteristiske på grunn av deres særegne form på sølvknapper (bildet over). Nesten alle vil kjenne dem igjen ved første øyekast. De er også alkaliske, men katoden deres inneholder i tillegg til grafitt og mangandioksid, kvikksølvoksyd, HgO; som etter å ha blitt redusert blir transformert til metallisk kvikksølv:

Zn (s) + 2-OH ^- (aq) → ZnO (s) + H ₂ O (l) + 2e ^-

HgO (s) + H ₂ O + 2e ^- → Hg (s) + 2OH ^-

Legg merke til hvordan OH ^- anioner konsumeres og regenereres i disse cellereaksjonene .

Å være små batterier, er det beregnet på små enheter, for eksempel klokker, kalkulatorer, leketøykontroller, etc. Alle som har brukt noen av disse objektene vil ha innsett at det ikke er nødvendig å bytte batterier i nesten en "evighet"; som tilsvarer 10 år, omtrent.

Sølvoksyd

Sølvoksydbatterier. Kilde: Lukas A, CZE.

Hoveddefekten ved kvikksølvbatterier er at når de kastes, representerer de et alvorlig miljøproblem på grunn av de giftige egenskapene til dette metallet. Kanskje dette er grunnen til at det mangler IEC og ANSI-koder. For sølvoksydbatterier er deres IEC-kode foran med bokstaven S.

En av erstatningene for kvikksølvbatterier tilsvarer sølvoksydbatteriet, mye dyrere, men med mindre økologisk påvirkning (toppbilde). De inneholdt opprinnelig kvikksølv for å beskytte sink mot alkalisk korrosjon.

Det er tilgjengelig med en spenning på 1,5V, og bruksområdene ligner veldig på kvikksølvbatteriets. Faktisk ser begge batteriene ved første øyekast identiske. selv om det kan være mye større sølvoksyd hauger.

Reaksjonene ved elektrodene er:

Zn (s) + 2OH ^- (aq) → Zn (OH) ₂ (s) + 2 e ^-

Ag ₂ O (s) + 2H ⁺ (aq) + 2e ^- → 2AG (s) + H ₂ O (l)

Vannet gjennomgår deretter elektrolyse og brytes ned i H ⁺ og OH ^- ioner .

Legg merke til at i stedet for kvikksølv dannes metallisk sølv på katoden.

-Nickel-kadmium (NiCad)

NiCd-batteri. Kilde: LordOider.

Fra dette tidspunktet vurderes sekundærcellene eller batteriene. I likhet med kvikksølvbatterier er nikkel-kadmiumbatterier skadelige for miljøet (for dyreliv og helse) på grunn av metallkadmium.

De er preget av generering av høye elektriske strømmer og kan lades opp et stort antall ganger. Faktisk kan de lades totalt 2000 ganger, noe som tilsvarer ekstraordinær holdbarhet.

Elektrodene består av nikkeloksydhydroksyd, NiO (OH), for katoden, og metallisk kadmium for anoden. Den kjemiske begrunnelsen er i det vesentlige den samme: kadmium (i stedet for sink) mister elektroner, og kadmium NiO (OH) får dem.

Halvcellereaksjonene er:

Cd (s) + 2OH ^- (aq) → Cd (OH) ₂ (s) + 2e ^-

2NiO (OH) (s) + 2 H ₂ O (l) + 2e ^- → 2Ni (OH) ₂ (s) + OH ^- (aq)

OH ^- anionene kommer igjen fra KOH-elektrolytten. NiCad-batterier ender med å generere nikkel- og kadmiummetallhydroksider.

De brukes enkeltvis eller koblet i pakker (som den i gult, bildet over). Så de kommer i store eller små pakker. Små finner bruk i leker; men de store brukes til fly og elektriske kjøretøy.

-Nikkel-metallhydrid (Ni-HM)

Ni-HM-batterier. Kilde: Ramesh NG fra Flickr (https://www.flickr.com/photos/rameshng/5645036051)

En annen kjent celle eller batteri, som overstiger NiCad i energikapasiteter, er Ni-HM (nikkel og metallhydrid). Det kan komme i sylindrisk format (konvensjonelle batterier, bilde over), eller koblet til et batteri.

Kjemisk har den nesten de samme egenskapene som NiCad-batterier, og hovedforskjellen er dens negative elektrode: katoden er ikke kadmium, men en intermetallisk legering av sjeldne jordarter og overgangsmetaller.

Denne legeringen er ansvarlig for å absorbere hydrogenet som dannes under lading, og genererer et komplekst metallhydrid (derav bokstaven H i navnet).

Selv om Ni-HM-batterier gir mer strøm (omtrent 40% mer), er de dyrere, slites raskere og kan ikke lades like mange ganger som NiCad-batterier; det vil si at de har en kortere levetid. Imidlertid mangler de minneeffekten (tap av ytelse på batterier fordi de ikke er fullstendig utladet).

Det er av denne grunn at de ikke skal brukes i maskiner som fungerer langsiktig; selv om dette problemet er blitt lindret med LSD-NiHM-batteriene. På samme måte har Ni-HM-celler eller batterier veldig stabile termiske egenskaper, og kan brukes i et bredt temperaturområde uten å utgjøre en risiko.

reaksjoner

Reaksjonene som oppstår på elektrodene dine er:

Ni (OH) ₂ (s) + OH ^- (aq) ⇌ NiO (OH) (s) + H ₂ O (l) + e ^-

H ₂ O (l) + M (s) + e ^- ⇌ OH ^- (aq) + MH (S)

-Ion-litium

Litium-ion-batteri for en bærbar datamaskin. Kilde: Kristoferb fra Wikipedia.

I litiumceller og batterier er de basert på migrasjonen av Li ⁺ -ioner , som overføres fra anoden til katoden, et produkt av elektrostatiske frastøtninger på grunn av den økende positive ladningen.

Noen kan lades, for eksempel bærbare batterier (toppbilde), og andre kan ikke sylindriske og rektangulære batterier (LiSO ₂ , LiSOCl ₂ eller LiMnO ₂ ).

Litium-ion-batterier er preget av å være veldig lette og energiske, noe som gjør at de kan brukes i mange elektroniske enheter, for eksempel smarttelefoner og medisinsk utstyr. På samme måte lider de knapt av minneeffekten, ladetettheten deres overstiger NiCad- og Ni-HM-celler og batterier, og det tar lengre tid å tømme ut.

Imidlertid er de veldig følsomme for høye temperaturer, selv eksploderende; og i tillegg har de en tendens til å bli dyrere sammenlignet med andre batterier. Likevel blir litiumbatterier sett positivt på markedet, og mange forbrukere vurderer dem som de beste.

-Syre bly

Typisk blybatteri for biler. Kilde: Tntflash

Og til slutt inneholder blysyrebakterier, som navnet antyder, ikke OH ^- men H ⁺ -ioner ; spesielt en konsentrert løsning av svovelsyre. Vultacellene er plassert inne i boksene (øvre bilde), der tre eller seks av dem kan kobles i serie, noe som gir henholdsvis et 6 eller 12 V batteri.

Den er i stand til å generere store mengder elektrisk ladning, og fordi de er veldig tunge, er de beregnet på applikasjoner eller enheter som ikke kan transporteres manuelt; for eksempel biler, solcellepaneler og ubåter. Dette sure batteriet er det eldste og er fremdeles i bilindustrien.

Elektrodene er laget av bly: PbO ₂ for katoden, og svampaktig metallisk bly for anoden. Reaksjonene som oppstår i dem er:

Pb (s) + HSO ^- ₄ (aq) → PbSO ₄ (s) + H ⁺ (aq) + 2e ^-

PbO ₂ (s) + HSO ^- ₄ (aq) + 3H ⁺ (aq) + 2e ^- → PbSO ₄ (s) + 2 H ₂ O (l)

referanser

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kjemi. (8. utg.). CENGAGE Læring.
2. Odunlade Emmanuel. (24. juli 2018). Ulike typer batterier og bruksområder derav. Circuit Digest. Gjenopprettet fra: circuitdigest.com
3. TEST. (SF). Typer batterier. Gjenopprettet fra: prba.org
4. Isidor Buchman. (2019). Hva er det beste batteriet? Battery University. Gjenopprettet fra: batteryuniversity.com
5. McGraw-Hill-selskapene. (2007). Kapittel 12: Batterier. . Gjenopprettet fra: oakton.edu
6. Shapley Patricia. (2012). Vanlige batterityper. University of Illinois. Gjenopprettet fra: butane.chem.uiuc.edu
7. Økologisk holdning. (22. januar 2017). Batterityper: komplett guide med batteriene som finnes. Gjenopprettet fra: actitudecologica.com