ALKALISKT BATTERI: KOMPONENTER, DRIFT OCH ANVÄNDNING - KEMI - 2026

Det alkaliska batteriet är ett batteri där pH i dess elektrolytkomposition är basisk. Detta är den största skillnaden mellan detta batteri och många andra där dess elektrolyter är sura; som är fallet med zink-kolbatterier som använder NH ₄ Cl- salter , eller till och med koncentrerad svavelsyra i bilbatterier.

Det är också en torr cell, eftersom de basiska elektrolyterna är i form av en pasta med en låg luftfuktighetsandel; men tillräckligt för att tillåta en migration av joner som deltar i de kemiska reaktionerna mot elektroderna, och därmed slutföra elektronkretsen.

Källa: Mike Mozart via Flickr.

Bilden ovan är ett Duracell 9V-batteri, ett av de mest kända exemplen på alkaliska batterier. Ju större batteri, desto längre livslängd och arbetsförmåga (särskilt om de används för energikrävande apparater). För små apparater har du AA- och AAA-batterier.

En annan skillnad, bortsett från pH i deras elektrolytkomposition, är att de, laddningsbara eller inte, generellt håller längre än sura batterier.

Alkaliska batterikomponenter

I zink-kolbatteriet finns det två elektroder: en av zink och den andra av grafitiskt kol. I sin "grundversion" består en av elektroderna istället för att vara grafit, av manganoxid (MnO ₂₎ blandad med grafit.

Ytan på båda elektroderna konsumeras och täcks av de fasta ämnena som härrör från reaktionerna.

Källa: Lead holder, från Wikimedia Commons

I stället för ett tenn med en homogen zinkyta som cellbehållaren finns det en serie kompaktskivor (toppbild).

I mitten av alla skivor ligger en stav av MnO ₂ , vid vilken den övre änden sticker ut en isolerande bricka och markerar batteriets positiva terminal (katod).

Observera att skivorna är täckta med ett poröst och ett metalliskt lager. den senare kan också vara en tunn plastfilm.

Cellens bas är den negativa terminalen, där zinken oxiderar och frigör elektronerna; men dessa behöver en extern krets för att nå toppen av batteriet, dess positiva terminal.

Zinkytan är inte slät, som är fallet med Leclanché-celler, men grov; det vill säga att de har många porer och en stor ytarea som ökar aktiviteten hos batteriet.

Grundläggande elektrolyter

Batteriets form och struktur förändras beroende på typ och design. Emellertid har alla alkaliska batterier gemensamt ett basiskt pH-värde i deras elektrolytkomposition, vilket beror på tillsatsen av NaOH eller KOH till den pastyblandningen.

Egentligen är det OH-jonerna ^- de som deltar i reaktionerna som är ansvariga för den elektriska energin från dessa objekt.

fungerande

När det alkaliska batteriet har anslutits till apparaten och slås på reagerar zinken omedelbart med OH ^- från pastan:

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

De två elektronerna som frigörs genom oxidation av zink reser till den externa kretsen, där de är ansvariga för att starta den elektroniska mekanismen för enheten.

Sedan återgår de till batteriet genom den positiva terminalen (+), katoden; det vill säga de reser genom MnO _2- grafitelektroden. Eftersom pastan har en viss fuktighet sker följande reaktion:

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

Nu reduceras MnO ₂ eller får Zn-elektronema. Det är av denna anledning som denna terminal motsvarar katoden, som är där reduktionen sker.

Observera att OH ^- regenereras i slutet av cykeln för att starta om oxidationen av Zn; med andra ord, de diffunderar i mitten av pastan tills de kommer i kontakt igen med det pulveriserade zinket.

På samma sätt är gasformiga produkter bildas inte, såsom sker med zink-kol-cell där NH ₃ och H ₂ alstras .

Det kommer en punkt där hela ytan på elektroden täcks av fasta ämnen i Zn (OH) ₂ och MnO (OH), vilket slutar batteriets livslängd.

Uppladdningsbara batterier

Det beskrivna alkaliska batteriet är inte uppladdningsbart, så när det är "dött" finns det inget sätt att använda det igen. Detta är inte fallet med laddningsbara, som kännetecknas av att de har reversibla reaktioner.

För att återställa produkterna till reaktanter måste en elektrisk ström appliceras i motsatt riktning (inte från anod till katod, utan från katod till anod).

Ett exempel på ett laddningsbart alkaliskt batteri är NiMH. Den består av en NiOOH-anod som förlorar elektroner till nickelhydridkatoden. När batteriet används lossnar det, och det är här den välkända frasen "ladda batteriet" kommer från.

Således kan det laddas hundratals gånger efter behov; tiden kan emellertid inte fullständigt vändas och de ursprungliga förhållandena uppnås (vilket skulle vara onaturligt).

Det kan inte heller laddas på godtyckligt sätt: tillverkarens rekommenderade riktlinjer måste följas.

Det är därför som dessa batterier förr eller senare också försvinner och förlorar effektiviteten. Det har emellertid fördelen att det inte är snabbt disponibelt, vilket bidrar mindre till kontaminering.

Andra laddningsbara batterier är nickel-kadmium- och litiumbatterier.

tillämpningar

Källa: Pxhere.

Vissa varianter av alkaliska batterier är så små att de kan användas i klockor, fjärrkontroller, klockor, radioapparater, leksaker, datorer, konsoler, ficklampor etc. Andra är större än en figur av en Star Wars-klon.

Det är faktiskt de som finns på marknaden som dominerar över andra typer av batterier (åtminstone för hemmabruk). De håller längre och genererar mer el än konventionella Leclanché-batterier.

Även om zink-manganbatteriet inte innehåller giftiga ämnen, öppnar andra batterier, t.ex. kvicksilverbatterier, en debatt om deras eventuella miljöpåverkan.

Å andra sidan fungerar alkaliska batterier mycket bra i ett brett temperaturintervall; De kan till och med arbeta under 0 ° C, så de är en bra källa till elektrisk energi för de apparater som är omgivna av is.

referenser

1. Shiver & Atkins. (2008). Oorganisk kemi. (Fjärde upplagan). Mc Graw Hill.
2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemi. (8: e upplagan). CENGAGE Learning.
3. Bobby. (10 maj 2014). Läs mer om mest pålitliga alkaliska batterier. Återställs från: upsbatterycenter.com
4. Duracell. (2018). Vanliga frågor: vetenskap. Återställd från: duracell.mx
5. Boyer, Timothy. (19 april 2018). Vad är skillnaden mellan alkaliska och icke-alkaliska batterier? Sciencing. Återställd från: sciencing.com
6. Michael W. Davidson och Florida State University. (2018). Det alkaliska-manganska batteriet. Återställs från: micro.magnet.fsu.edu