Лужні батареї є батарея , в якій рН електроліту його складу є основним. Це основна відмінність цього акумулятора від багатьох інших, коли його електроліти є кислими; як це стосується цинково-вуглецевих акумуляторів, які використовують солі NH 4 Cl або навіть концентровану сірчану кислоту в автомобільних акумуляторах.
Це також суха клітина, оскільки основні електроліти знаходяться у формі пасти з низьким відсотком вологості; але достатньо, щоб дозволити міграцію іонів, що беруть участь у хімічних реакціях до електродів, і, таким чином, завершити електронний ланцюг.
Джерело: Майк Моцарт через Flickr.
На фотографії вище - 9V акумулятор Duracell, один з найвідоміших прикладів лужних акумуляторів. Чим більший акумулятор, тим довший його термін експлуатації та працездатність (особливо якщо вони використовуються для енергоємних приладів). Для невеликих приладів у вас є акумулятори типу AA і AAA.
Інша відмінність від pH їх електролітного складу полягає в тому, що вони, як правило, перезаряджаються чи ні, як правило, довше, ніж кислотні акумулятори.
Лужні компоненти акумулятора
У цинково-вуглецевій батареї є два електроди: один із цинку, а другий із графітового вуглецю. У своєму "базовому варіанті" один з електродів замість графіту складається з оксиду марганцю (IV), MnO 2, змішаного з графітом.
Поверхня обох електродів витрачається і покривається твердими речовинами в результаті реакцій.
Джерело: Ведучий власника від Wikimedia Commons
Крім того, замість олова з однорідною цинковою поверхнею як ємності для клітин є серія компакт-дисків (зображення зверху).
У центрі всіх дисків лежить стрижень MnO 2 , у верхньому кінці якого виступає ізолююча шайба і відзначається позитивний клем (катод) акумулятора.
Зверніть увагу, що диски покриті пористим і металевим шаром; остання також може бути тонкою пластиковою плівкою.
Основою клітини є негативний термінал, де цинк окислює і виділяє електрони; але їм потрібен зовнішній ланцюг, щоб досягти вершини акумулятора, його позитивного клеми.
Поверхня цинку не є гладкою, як у випадку з клітинами Леклане, а шорстка; тобто вони мають багато пір і велику площу поверхні, що збільшують активність акумулятора.
Основні електроліти
Форма та структура батарей змінюються залежно від типу та конструкції. Однак усі лужні батареї мають загальний pH свого електролітного складу, що пов'язано з додаванням NaOH або KOH до пастоподібної суміші.
Власне, саме іони ОН - ті, що беруть участь у реакціях, що відповідають за електричну енергію, що надається цими об'єктами.
Функціонування
Коли лужний акумулятор підключений до приладу та увімкнений, цинк негайно реагує на ОН - із пастою:
Zn (s) + 2OH - (aq) => Zn (OH) 2 (s) + 2e -
2 електрони, що виділяються при окисленні цинку, прямують до зовнішнього ланцюга, де вони відповідають за запуск електронного механізму пристрою.
Потім вони повертаються до акумулятора через позитивний термінал (+), катод; тобто вони пересуваються через графітовий електрод MnO 2 . Оскільки макарони мають певну вологість, відбувається наступна реакція:
2MnO 2 (s) + 2H 2 O (l) + 2e - => 2MnO (OH) (s) + 2OH - (aq)
Тепер MnO 2 знижується або набирає електрони Zn. Саме з цієї причини цей термінал відповідає катоду, саме там відбувається відновлення.
Зауважимо, що ОН - регенерується в кінці циклу для відновлення окислення Zn; Іншими словами, вони дифундують в середину пасти, поки вони знову не контактують з порошкоподібним цинком.
Так само газоподібні продукти не утворюються, як це відбувається з цинково-вуглецевою клітиною, де утворюються NH 3 і H 2 .
Наступить момент, коли вся поверхня електрода буде покрита твердими речовинами Zn (OH) 2 та MnO (OH), що закінчить термін експлуатації акумулятора.
Акумулятори
Описаний лужний акумулятор не перезаряджається, тому щойно він "мертвий", не можна використовувати його знову. Це не стосується акумуляторних батарей, які характеризуються оборотними реакціями.
Для повернення продуктів до реактивів електричний струм повинен подаватися у зворотному напрямку (не від анода до катода, а від катода до анода).
Прикладом акумуляторної лужної батареї є NiMH. Він складається з анода NiOOH, який втрачає електрони на катоді гідриду нікелю. Коли акумулятор використовується, він розряджається, і звідси походить відома фраза «зарядити акумулятор».
Таким чином, її можна заряджати сотні разів, за потреби; однак час не може бути повністю перетворений та досягнуті початкові умови (що було б неприродно).
Крім того, його не можна заряджати довільним способом: слід дотримуватися рекомендованих інструкцій виробника.
Ось чому рано чи пізно ці батареї також загинуть і втрачають свою ефективність. Однак це має перевагу в тому, що він не є одноразовим, що сприяє меншому забрудненню.
Інші акумуляторні батареї - це нікель-кадмієві та літієві акумулятори.
Програми
Джерело: Pxhere.
Деякі варіанти лужних батарей настільки малі, що їх можна використовувати в годиннику, пульті дистанційного керування, годиннику, радіо, іграшках, комп'ютерах, консолях, ліхтариках тощо. Інші - більше, ніж статуетка клону "Зоряні війни".
Насправді це ті, які на ринку переважають над іншими типами акумуляторів (принаймні для домашнього використання). Вони тривають довше і виробляють більше електроенергії, ніж звичайні акумулятори Leclanché.
Хоча цинково-марганцева батарея не містить токсичних речовин, інші батареї, наприклад ртутні батареї, відкривають дискусію щодо їх можливого впливу на навколишнє середовище.
З іншого боку, лужні батареї дуже добре працюють в широкому діапазоні температур; Вони можуть працювати навіть нижче 0 ° C, тому є хорошим джерелом електричної енергії для тих приладів, які оточені льодом.
Список літератури
- Шивер і Аткінс. (2008). Неорганічна хімія. (Четверте видання). Mc Graw Hill.
- Віттен, Девіс, Пек і Стенлі. (2008). Хімія. (8-е видання). CENGAGE Навчання.
- Боббі. (10 травня 2014 р.). Дізнайтеся більше про найбільш надійні лужні батареї. Відновлено з сайту: upsbatterycenter.com
- Дюраселл. (2018). Часто задаються питання: наука. Відновлено з: duracell.mx
- Хлопчик, Тимофій. (19 квітня 2018 р.). Яка різниця між лужними та нещеловими акумуляторами? Наукові роботи. Відновлено: sciaching.com
- Майкл У. Девідсон та Флоридський державний університет. (2018). Лужно-марганцева батарея. Відновлено з: micro.magnet.fsu.edu