Alkalische batterijcomponenten, werking en gebruik

de alkaline batterij het is een batterij waarin de pH van zijn elektrolytische samenstelling basisch is. Dit is het belangrijkste verschil tussen deze batterij en vele andere waar de elektrolyten zuur zijn; zoals het geval is bij zink-koolstofbatterijen die NH-zouten gebruiken₄Cl, of zelfs geconcentreerd zwavelzuur in autobatterijen.

Het is ook een droge cel, omdat de basische elektrolyten de vorm hebben van een pasta met een laag vochtgehalte; maar voldoende om een ​​migratie van de deelnemende ionen in de chemische reacties naar de elektroden mogelijk te maken en zo het elektronenscherm te voltooien.

In de afbeelding hierboven heb je een 9V Duracell-batterij, een van de bekendste voorbeelden van alkalinebatterijen. Hoe groter de stapel, hoe langer de levensduur en werkcapaciteit (vooral als ze zijn bestemd voor apparaten die veel energie verbruiken). Voor kleine apparaten zijn AA- en AAA-batterijen beschikbaar.

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

index

• 1 Onderdelen van de alkalinebatterij
  • 1.1 Basische elektrolyten
• 2 Bediening
  • 2.1 Oplaadbare batterijen
• 3 Gebruik
• 4 Referenties

Onderdelen van de alkalinebatterij

In de zink-koolstofstapel bevinden zich twee elektroden: één zink en de andere grafietkoolstof. In zijn "basisversie" bestaat een van de elektroden in plaats van grafiet, uit mangaanoxide (IV), MnO₂ gemengd met grafiet.

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

In plaats van een blik met een homogeen zinkoppervlak als een houder voor de cel, is er ook een reeks compact discs (bovenste afbeelding).

Een staaf van MnO ligt in het midden van alle schijven₂, aan het bovenste uiteinde ervan steekt een isolerende ring uit en markeert de positieve pool (kathode) van de batterij.

Merk op dat de schijven bedekt zijn met een poreuze laag en een metaallaag; de laatste kan ook een dunne plastic film zijn.

De basis van de stapel vormt in de negatieve terminal, waar het zink oxideert en de elektronen vrijgeeft; maar deze hebben een extern circuit nodig om de top van de stapel te bereiken, zijn positieve terminal.

Het oppervlak van het zink is niet glad, zoals het geval is met Leclanché-cellen, maar ruw; dat wil zeggen, ze hebben veel poriën en een groot oppervlak dat de activiteit van de stapel verhoogt.

Basische elektrolyten

De vorm en structuur van de batterijen veranderen afhankelijk van het type en ontwerp. Alle alkalinebatterijen hebben echter een basische pH van hun elektrolytische samenstelling gemeen, die te wijten is aan de toevoeging van NaOH of KOH aan het pastamengsel..

Eigenlijk zijn het OH-ionen^- degenen die deelnemen aan de verantwoorde reacties van de elektrische energie die door deze objecten wordt bijgedragen.

operatie

Wanneer de alkalinebatterij op het apparaat is aangesloten en ontstoken is, reageert het zink onmiddellijk met de OH^- van de pasta:

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

De 2 elektronen die vrijkomen door de oxidatie van de zink reizen naar het externe circuit, waar ze de leiding hebben over het elektronische mechanisme van het artefact..

Vervolgens keren ze terug naar de stapel via de positieve (+) pool, de kathode; dat wil zeggen, ze gaan door de MnO-elektrode₂-grafiet. Omdat de pasta een bepaalde luchtvochtigheid heeft, vindt de volgende reactie plaats:

2MnO₂(s) + 2H₂O (l) + 2e^- => 2MnO (OH) (s) + 2OH^-(Aq)

Nu de MnO₂ De elektronen in Zn worden verminderd of gewonnen. Het is om deze reden dat deze terminal overeenkomt met de kathode, waar de reductie plaatsvindt.

Merk op dat de OH^- het regenereert aan het einde van de cyclus om de oxidatie van Zn te herstarten; met andere woorden, ze diffunderen in het midden van de pasta totdat ze weer in contact komen met het gepoederde zink.

Ook worden geen gasvormige producten gevormd, zoals het geval is met de zink-koolstofbatterij waar NH wordt gegenereerd₃ en H₂.

Er komt een punt waarop het gehele oppervlak van de elektrode bedekt zal zijn met de vaste stoffen van Zn (OH)₂ en MnO (OH), waardoor de gebruiksduur van de batterij wordt beëindigd.

Oplaadbare batterijen

De beschreven alkalinebatterij is niet oplaadbaar, zodat er na "dood" geen manier meer is om hem opnieuw te gebruiken. Dit is niet het geval bij oplaadbare batterijen, die worden gekenmerkt door reversibele reacties.

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

Een voorbeeld van een oplaadbare alkalinebatterij is de NiMH. Deze bestaat uit een NiOOH-anode, die elektronen verliest die naar de nikkelhydride-kathode zijn gericht. Wanneer de batterij wordt gebruikt, is deze ontladen en hier komt de bekende uitdrukking "batterij laden" vandaan..

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

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

Dat is de reden waarom vroeger of later deze batterijen ook vergaan en hun effectiviteit verliezen. Het heeft echter het voordeel dat het niet snel wordt weggegooid en minder bijdraagt ​​aan vervuiling.

Andere oplaadbare batterijen zijn nikkel-cadmium- en lithiumbatterijen.

toepassingen

Sommige varianten van alkaline batterijen zijn zo klein dat ze kunnen worden gebruikt in horloges, afstandsbedieningen, horloges, radio's, speelgoed, computers, consoles, zaklampen, enz. Anderen zijn groter dan een beeldje van een Star Wars-kloon.

Op de markt zijn dit zelfs degenen die de overhand hebben over andere soorten batterijen (in ieder geval voor thuisgebruik). Ze gaan langer mee en genereren meer elektriciteit dan conventionele Leclanché-batterijen.

Hoewel de zink-mangaanbatterij geen giftige stoffen bevat, openen andere batterijen, zoals kwik, een debat over de mogelijke impact op het milieu..

Aan de andere kant werken alkalinebatterijen heel goed bij een groot temperatuurbereik; kan zelfs werken onder 0 ° C, dus ze zijn een goede bron van elektriciteit voor apparaten die zijn omgeven door ijs.

referenties

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganische chemie (Vierde editie). Mc Graw Hill.
2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemie. (8e druk). CENGAGE Leren.
3. Bobby. (10 mei 2014). Meer informatie over de meest betrouwbare Alkaline batterijen. Teruggeplaatst van: upsbatterycenter.com
4. Duracell. (2018). Veelgestelde vragen: wetenschap. Hersteld van: duracell.mx
5. Boyer, Timothy. (19 april 2018). Wat is het verschil tussen alkaline en niet-alkaline batterijen? Sciencing. Teruggeplaatst van: sciencing.com
6. Michael W. Davidson en The Florida State University. (2018). De alkalimangaan-batterij. Teruggeplaatst van: micro.magnet.fsu.edu