BATTERITYPER, EGENSKAPER OCH REAKTIONER - KEMI - 2026

På marknaden kan du få olika typer av batterier med sina egna egenskaper . Batterier, som inte är något annat än voltaceller, ger konsumenterna fördelen att ha elektrisk energi med sig någonstans (så länge förhållandena inte är drastiska).

Batterier kan i allmänhet köpas isolerade; men de uppnås också tillsammans med varandra i serie eller parallell, vars uppsättning kommer att vara vad de kallar batterier. Och det är så att ibland termen "batterier" och "batterier" används oskärpa, även om de inte är desamma.

Alkaliska batterier: en av de mest populära batteritypen. Källa: Pexels.

Buntar kan fås i otaliga färger, former och storlekar, precis som de kan tillverkas av andra material. Likaså, och ännu viktigare, är dess inre struktur, där de kemiska reaktionerna som alstrar elektricitet äger rum, tjänar till att skilja dem från varandra.

Till exempel visar bilden ovan tre alkaliska batterier, en av de vanligaste. Termen alkalisk hänvisar till det faktum att mediet där frisläppandet och flödet av elektroner inträffar är grundläggande; det vill säga, det har ett pH som är högre än 7 och OH ^- anjoner och andra negativa laddningar dominerar .

Allmän rangordning

Innan du tar upp några av de olika typerna av batterier där ute, är det nödvändigt att veta att dessa globalt klassificeras som primära eller sekundära.

Primär

Primärbatterier är sådana som, när de förbrukats, måste kasseras eller återvinnas, eftersom den kemiska reaktion som den elektriska strömmen bygger på är irreversibel. Därför kan de inte laddas.

De används främst i applikationer där det är opraktiskt att ladda elektrisk energi; såsom i militära apparater, mitt på slagfältet. På samma sätt är de utformade för utrustning som använder lite energi, så att de håller längre. till exempel fjärrkontroller eller bärbara konsoler (som Gameboy, Tetris och Tamagotchi).

Alkaliska batterier tillhör också den primära typen för att nämna ett annat exempel. De har vanligtvis cylindriska former, även om detta inte innebär att cylindriska batterier inte kan vara sekundära eller laddningsbara.

gymnasium

Till skillnad från primära batterier kan sekundära batterier laddas när de har slut på ström.

Detta beror på att de kemiska reaktionerna som inträffar inom dem är reversibla, och därför, efter applicering av en viss spänning, får produkterna att bli reaktiva igen och på så sätt starta reaktionen igen.

Vissa sekundära celler (kallad batterier) är vanligtvis små, liksom de primära; de är emellertid avsedda för enheter som förbrukar mer energi och för vilka användning av primära batterier skulle vara opraktiskt ekonomiskt och energiskt. Till exempel innehåller mobiltelefonbatterier sekundära celler.

Sekundära celler är också utformade för stor utrustning eller kretsar; till exempel bilbatterier, som består av flera batterier eller voltaceller.

De är i allmänhet dyrare än primära celler och batterier, men för långvarig användning blir de ett mer lämpligt och effektivt alternativ.

Andra aspekter

Buntar klassificeras som antingen primära eller sekundära; men kommersiellt eller populärt klassificeras de vanligen efter deras form (cylindrisk, rektangulär, knapptyp), den avsedda enheten (kameror, fordon, miniräknare), deras namn (AA, AAA, C, D, N, A23, etc. ) och deras IEC- och ANSI-koder.

Dessutom är egenskaper som deras spänning (1,2 till 12 volt), samt deras livslängd och priser ansvariga för att ge dem en viss klassificering i konsumenternas ögon.

Lista över batterityper

Kolet-zink

Kol-zinkbatterier (även känd som Leclanché-celler eller saltlösningsbatterier) är en av de mest primitiva och anses för närvarande nästan vara i användning jämfört med andra batterier; särskilt jämfört med alkaliska batterier, som även om de är lite dyrare, har längre livslängd och spänningar.

Som namnet antyder består dess elektroder av en zinkburk och en grafitstång, motsvarande anoden respektive katoden.

I den första elektroden, anoden, har elektroner sitt ursprung genom oxidation av metalliskt zink. Dessa elektroner går sedan igenom en extern krets som matar enheten med elektrisk energi, och sedan hamnar de vid grafitkatoden, där cykeln är klar genom att minska mangandioxiden i vilken den är nedsänkt.

reaktioner

De kemiska ekvationerna för reaktionerna som inträffar vid elektroderna är:

Zn (er) → 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) (katod)

Dessa batterier liknar alkaliska batterier: båda är cylindriska (som den på bilden). Emellertid kan koldioxidzinkbatterier särskiljas om egenskaperna märkta på utsidan läses i detalj, eller om deras IEC-kod föregås av bokstaven R. Deras spänning är 1,5 V.

-Alkalisk

Alkaliska batterier är mycket lik den typ kol-zink, med den skillnaden att mediet där elektroderna är belägna innehåller OH ^- anjoner . Nämnda medium består av starka elektrolyter av kaliumhydroxid, KOH, som bidrar till OH ^- som deltar och "samarbetar" i migrationen av elektroner.

Det finns i olika storlekar och spänningar, även om det vanligaste är 1,5V. Det är kanske de mest kända batterierna på marknaden (till exempel Duracell).

Reaktionerna som inträffar på dina elektroder är:

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

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

När temperaturen ökar, desto snabbare uppstår reaktionerna och desto snabbare laddas batterierna. Intressant, populära rykten spridit för att sätta dem i frysen för att öka deras livslängd; Men när den kyls kan innehållet genomgå möjlig stelning som kan leda till efterföljande fel eller risker.

Mercury

Troligt kvicksilverbatteri, som kan förväxlas med silveroxidbatteriet. Källa: Multicherry.

Kvicksilverbatterier är mycket karakteristiska på grund av sin speciella form av silverknappar (bilden ovan). Nästan alla känner igen dem vid första anblicken. De är också alkaliska, men deras katod innehåller förutom grafit och mangandioxid kvicksilveroxid, HgO; som efter att ha reducerats omvandlas till metalliskt kvicksilver:

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

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

Notera hur OH ^- anjoner förbrukas och regenereras i dessa cellreaktioner .

Som små batterier är det avsett för små enheter, såsom klockor, miniräknare, leksakskontroller, etc. Den som har använt något av dessa objekt kommer att ha insett att det inte är nödvändigt att byta batterier under nästan en "evighet"; vilket skulle motsvara 10 år ungefär.

Silveroxid

Silveroxidbatterier. Källa: Lukas A, CZE.

Den största defekten av kvicksilverbatterier är att när de kastas utgör de ett allvarligt problem för miljön på grund av den giftiga egenskaperna hos denna metall. Det är kanske därför det saknar IEC- och ANSI-koder. För silveroxidbatterier föregås deras IEC-kod med bokstaven S.

Ett av ersättningarna för kvicksilverbatterier motsvarar silveroxidbatteriet, mycket dyrare, men med mindre ekologisk påverkan (toppbild). De innehöll ursprungligen kvicksilver för att skydda zink mot alkalisk korrosion.

Det är tillgängligt med en spänning på 1,5 V, och dess applikationer liknar mycket kvicksilverbatteriets. I själva verket ser båda batterierna identiska ut vid första anblicken; även om det kan finnas mycket större silveroxidhögar.

Reaktionerna vid dess elektroder är:

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

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

Vattnet genomgår sedan elektrolys och sönderdelas i H ⁺ och OH ^- joner .

Observera att istället för kvicksilver bildas metalliskt silver på katoden.

-Nickel-kadmium (NiCad)

NiCd-batteri. Källa: LordOider.

Från denna punkt beaktas de sekundära cellerna eller batterierna. Precis som kvicksilverbatterier är nickel-kadmiumbatterier skadliga för miljön (för djurliv och hälsa) på grund av metallkadmium.

De kännetecknas av generering av höga elektriska strömmar och kan laddas upp ett stort antal gånger. Faktum är att de kan laddas totalt 2000 gånger, vilket är lika med extraordinär hållbarhet.

Dess elektroder består av nickeloxidhydroxid, NiO (OH), för katoden, och metalliskt kadmium för anoden. Det kemiska skälet förblir i huvudsak detsamma: kadmium (istället för zink) förlorar elektroner, och kadmium NiO (OH) får dem.

Halvcellreaktionerna är:

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

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

OH ^- joner , återigen, kommer från KOH elektrolyt. NiCad-batterier slutar då att generera nickel- och kadmiummetallhydroxider.

De används individuellt eller kopplas i paket (som den i gult, bilden ovan). Så de finns i stora eller små paket. Småbarn finner användning i leksaker; men de stora används för flygplan och elfordon.

-Nickelmetallhydrid (Ni-HM)

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

En annan välkänd cell eller batteri, som överstiger NiCad i energikapacitet, är Ni-HM (nickel och metallhydrid). Det kan levereras i cylindriskt format (konventionella batterier, bild ovan) eller kopplat i ett batteri.

Kemiskt sett har den nästan samma egenskaper som NiCad-batterier, med den största skillnaden är dess negativa elektrod: katoden är inte kadmium, utan en intermetallisk legering av sällsynta jordartsmetaller och övergångsmetaller.

Denna legering är ansvarig för att absorbera det väte som bildas under laddning och generera en komplex metallhydrid (därav bokstaven H i dess namn).

Även om Ni-HM-batterier ger mer energi (cirka 40% mer), är de dyrare, sliter snabbare och kan inte laddas samma antal gånger som NiCad-batterier; de har en kortare livslängd. De saknar emellertid minneseffekten (batteriets förlust av prestanda på grund av att de inte är helt urladdade).

Det är av detta skäl som de inte ska användas i maskiner som fungerar på lång sikt; även om detta problem har lindrats med LSD-NiHM-batterierna. Likaså har Ni-HM-celler eller batterier mycket stabila termiska egenskaper och kan användas i ett brett temperaturområde utan att utgöra någon risk.

reaktioner

Reaktionerna som inträffar på dina elektroder är:

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)

-Jon-litium

Litiumjonbatteri för en bärbar dator. Källa: Kristoferb från Wikipedia.

I litiumceller och batterier baseras de på migrering av Li ⁺ -joner , som överförs från anoden till katoden, en produkt av elektrostatiska avstötningar på grund av den ökande positiva laddningen.

Vissa kan laddas, till exempel bärbara batterier (toppbild), och andra kan inte cylindriska och rektangulära batterier (LiSO ₂ , LiSOCl ₂ eller LiMnO ₂ ).

Litiumjonbatterier kännetecknas av att de är väldigt lätta och energiska, vilket gör att de kan användas i många elektroniska apparater, till exempel smartphones och medicinsk utrustning. På samma sätt lider de knappast av minneseffekten, deras laddningstäthet överstiger NiCad- och Ni-HM-celler och batterier, och de tar längre tid att ladda ur.

De är emellertid mycket känsliga för höga temperaturer, till och med exploderande; och dessutom tenderar de att bli dyrare jämfört med andra batterier. Fortfarande ses litiumbatterier gynnsamt på marknaden och många konsumenter bedömer dem som de bästa.

-Syra bly

Typiskt blybatteri för bilar. Källa: Tntflash

Och slutligen innehåller blysyrabakterier, som namnet antyder, inte OH ^- utan H ⁺ -joner ; specifikt en koncentrerad lösning av svavelsyra. De voltaiska cellerna är placerade inuti sina lådor (övre bild), där tre eller sex av dem kan kopplas i serie, vilket ger ett 6 respektive 12 V batteri.

Den kan generera stora mängder elektrisk laddning och eftersom de är väldigt tunga är de avsedda för applikationer eller enheter som inte kan transporteras manuellt; till exempel bilar, solpaneler och ubåtar. Detta sura batteri är det äldsta och finns fortfarande inom bilindustrin.

Dess elektroder är tillverkade av bly: PbO ₂ för katoden och svampig metallisk bly för anoden. Reaktionerna som uppstår i dem är:

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

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

referenser

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemi. (8: e upplagan). CENGAGE Learning.
2. Odunlade Emmanuel. (24 juli 2018). Olika typer av batterier och deras tillämpningar. Circuit Digest. Återställs från: circuitdigest.com
3. TESTA. (Sf). Typer av batterier. Återställd från: prba.org
4. Isidor Buchman. (2019). Vad är det bästa batteriet? Battery University. Återställs från: batteryuniversity.com
5. McGraw-Hill-företagen. (2007). Kapitel 12: Batterier. . Återställd från: oakton.edu
6. Shapley Patricia. (2012). Vanliga batterityper. University of Illinois. Återställdes från: butane.chem.uiuc.edu
7. Ekologisk attityd. (22 januari 2017). Typer av batterier: komplett guide med de batterier som finns. Återställd från: actitudecologica.com