BATERIE ALCALINĂ: COMPONENTE, FUNCȚIONARE ȘI UTILIZĂRI - CHIMIE - 2025

Bateria alcalină este o baterie în care pH -ul compoziției sale electrolit este de bază. Aceasta este diferența principală între această baterie și multe altele, unde electroliții săi sunt acizi; cum este cazul bateriilor de zinc-carbon care folosesc săruri NH ₄ Cl, sau chiar acid sulfuric concentrat în bateriile auto.

Este, de asemenea, o celulă uscată, deoarece electroliții de bază sunt sub formă de pastă cu un procent redus de umiditate; dar suficient pentru a permite o migrare a ionilor care participă la reacțiile chimice către electrozi și, astfel, completează circuitul electronilor.

Sursa: Mike Mozart prin Flickr.

În imaginea de mai sus este o baterie Duracell 9V, unul dintre cele mai cunoscute exemple de baterii alcaline. Cu cât este mai mare bateria, cu atât durata de viață și capacitatea sa de muncă (mai ales dacă sunt utilizate pentru aparate consumatoare de energie). Pentru aparatele mici, aveți baterii AA și AAA.

O altă diferență în afară de pH-ul compoziției lor de electroliți este că, reîncărcabile sau nu, acestea durează în general mai mult decât bateriile cu acid.

Componente alcaline ale bateriei

În bateria zinc-carbon, există doi electrozi: unul de zinc, iar celălalt de carbon grafic. În „versiunea sa de bază”, unul dintre electrozi în loc să fie grafit, este format din oxid de mangan (IV), MnO ₂ amestecat cu grafit.

Suprafața ambilor electrozi este consumată și acoperită de solidele rezultate în urma reacțiilor.

Sursa: Titular principal, de la Wikimedia Commons

De asemenea, în loc de staniu cu o suprafață de zinc omogenă ca recipient al celulei, există o serie de discuri compacte (imaginea de sus).

În centrul tuturor discurilor se află o tijă de MnO ₂ , la capătul superior al căreia o șaibă izolatoare iese și marchează borna pozitivă (catod) a bateriei.

Rețineți că discurile sunt acoperite cu un strat poros și metalic; aceasta din urmă ar putea fi și o peliculă subțire de plastic.

Baza celulei este terminalul negativ, unde zincul se oxidează și eliberează electronii; dar acestea au nevoie de un circuit extern pentru a ajunge la partea de sus a bateriei, terminalul său pozitiv.

Suprafața zincului nu este netedă, cum este cazul celulelor Leclanché, dar aspră; adică au mulți pori și o suprafață mare care măresc activitatea bateriei.

Electroliți de bază

Forma și structura bateriilor se schimbă în funcție de tip și design. Cu toate acestea, toate bateriile alcaline au în comun un pH de bază al compoziției lor de electroliți, care se datorează adăugării de NaOH sau KOH la amestecul pastos.

De fapt, este ionii OH ^- cei care participă la reacțiile responsabile pentru energia electrică furnizată de aceste obiecte.

Funcționarea

Când bateria alcalină a fost conectată la aparat și pornită, zincul reacționează imediat cu OH ^- din pastă:

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

Cei 2 electroni eliberați prin oxidarea zincului circulă în circuitul extern, unde sunt responsabili de pornirea mecanismului electronic al dispozitivului.

Apoi, ei revin la baterie prin terminalul pozitiv (+), catodul; adică se deplasează prin electrodul grafit MnO ₂ . Deoarece pastele au o anumită umiditate, are loc următoarea reacție:

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

Acum MNO ₂ este redus sau aporturilor electronii Zn. Din acest motiv, acest terminal corespunde catodului, care este locul unde se produce reducerea.

Rețineți că OH ^- este regenerat la sfârșitul ciclului pentru a reporni oxidarea Zn; cu alte cuvinte, acestea difuzează în mijlocul pastei până intră din nou în contact cu zincul pudră.

De asemenea, produsele gazoase nu se formează, așa cum se întâmplă cu celula zinc-carbon unde NH ₃ și H ₂ sunt generate .

Va ajunge un punct în care întreaga suprafață a electrodului va fi acoperită de solidele Zn (OH) ₂ și MnO (OH), încheind viața utilă a bateriei.

Baterii reîncărcabile

Bateria alcalină descrisă nu este reîncărcabilă, așa că, odată ce este „moartă”, nu există nici o modalitate de a o folosi din nou. Nu este cazul celor reîncărcabile, care se caracterizează prin reacții reversibile.

Pentru a reveni produsele în reactanți, trebuie aplicat un curent electric în direcția opusă (nu de la anod la catod, ci de la catod la anod).

Un exemplu de baterie alcalină reîncărcabilă este NiMH. Este format dintr-un anod NiOOH, care pierde electroni în catodul cu hidrură de nichel. Când bateria este folosită, se descarcă și de aici provine cunoscuta expresie „încărcați bateria”.

Astfel, poate fi reîncărcat de sute de ori, după cum este necesar; cu toate acestea, timpul nu poate fi inversat complet și sunt atinse condițiile originale (ceea ce ar fi nefiresc).

De asemenea, nu poate fi reîncărcat într-un mod arbitrar: trebuie respectate recomandările producătorului.

De aceea, mai devreme sau mai târziu, aceste baterii dispar și își pierd eficacitatea. Cu toate acestea, are avantajul că nu este rapid de unică folosință, contribuind mai puțin la contaminare.

Alte baterii reîncărcabile sunt bateriile cu nichel-cadmiu și litiu.

Aplicații

Sursa: Pxhere.

Unele variante de baterii alcaline sunt atât de mici încât pot fi utilizate în ceasuri, telecomenzi, ceasuri, radio, jucării, computere, console, lanterne etc. Alții sunt mai mari decât o figurină a unei clone din Star Wars.

De fapt, acestea sunt cele de pe piață care predomină față de alte tipuri de baterii (cel puțin pentru uz casnic). Durează mai mult și generează mai multă energie electrică decât bateriile convenționale Leclanché.

Deși bateria zinc-mangan nu conține substanțe toxice, alte baterii, cum ar fi bateriile cu mercur, deschid o dezbatere despre posibilul impact al acestora asupra mediului.

Pe de altă parte, bateriile alcaline funcționează foarte bine într-o gamă largă de temperaturi; Ele pot funcționa chiar sub 0 ° C, deci sunt o sursă bună de energie electrică pentru aparatele care sunt înconjurate de gheață.

Referințe

1. Shiver & Atkins. (2008). Chimie anorganică. (A patra editie). Mc Graw Hill.
2. Whitten, Davis, Peck și Stanley. (2008). Chimie. (Ediția a VIII-a). CENGAGE Învățare.
3. Bobby. (10 mai 2014). Aflați mai multe despre cele mai fiabile baterii alcaline. Recuperat de la: upsbatterycenter.com
4. Duracell. (2018). Întrebări frecvente: știință. Recuperat din: duracell.mx
5. Boyer, Timothy. (19 aprilie 2018). Care este diferența dintre bateriile alcaline și cele care nu sunt alcaline? Sciencing. Recuperat de la: știința.com
6. Michael W. Davidson și Universitatea de Stat din Florida. (2018). Bateria alcalin-mangan. Recuperat din: micro.magnet.fsu.edu