Alkalická baterie je baterie, v níž se hodnota pH jeho složení elektrolytu je základní. Toto je hlavní rozdíl mezi touto baterií a mnoha dalšími, kde jsou její elektrolyty kyselé; jak je tomu v případě zinek-uhlíkových baterií, které použití NH 4 Cl soli, nebo dokonce koncentrované kyseliny sírové v autobaterií.
Je to také suchý článek, protože základní elektrolyty jsou ve formě pasty s nízkým procentem vlhkosti; ale natolik, aby umožnil migraci iontů účastnících se chemických reakcí směrem k elektrodám, a tak dokončil elektronový obvod.
Zdroj: Mike Mozart přes Flickr.
Na obrázku nahoře je Duracell 9V baterie, jeden z nejznámějších příkladů alkalických baterií. Čím větší je baterie, tím delší je její životnost a pracovní kapacita (zejména pokud se používají pro energeticky náročné spotřebiče). U malých spotřebičů máte baterie AA a AAA.
Další rozdíl, kromě pH jejich elektrolytického složení, spočívá v tom, že při dobití nebo ne, obvykle vydrží déle než kyselé baterie.
Součásti alkalických baterií
V zinkově-uhlíkové baterii jsou dvě elektrody: jedna ze zinku a druhá z grafitového uhlíku. Ve své „základní verzi“ se jedna z elektrod místo grafitu skládá z oxidu manganičitého, MnO 2 ve směsi s grafitem.
Povrch obou elektrod se spotřebovává a pokrývá pevnými látkami, které jsou výsledkem reakcí.
Zdroj: Hlavní držitel z Wikimedia Commons
Namísto cínu s homogenním zinkovým povrchem jako buněčného kontejneru existuje také řada kompaktních disků (horní obrázek).
Ve středu všech kotoučů leží tyč MnO 2, na horním konci, jehož izolační podložka vyčnívá a značky na kladný pól (katodu) baterie.
Mějte na paměti, že disky jsou pokryty porézní a kovovou vrstvou; ten druhý by mohl být také tenký plastový film.
Základem buňky je záporný terminál, kde zinek oxiduje a uvolňuje elektrony; ale tito potřebují externí obvod dosáhnout vrcholu baterie, jeho pozitivní terminál.
Povrch zinku není hladký, jako je tomu u buněk Leclanché, ale drsný; to znamená, že mají mnoho pórů a velkou plochu povrchu, které zvyšují aktivitu baterie.
Základní elektrolyty
Tvar a struktura baterií se mění podle typu a provedení. Všechny alkalické baterie však mají společné bazické pH elektrolytového složení, které je způsobeno přidáním NaOH nebo KOH do pastovité směsi.
Ve skutečnosti jsou to ionty OH - ty, které se účastní reakcí odpovědných za elektrickou energii poskytovanou těmito objekty.
Funguje
Po připojení a zapnutí alkalické baterie k přístroji zinek okamžitě reaguje s OH - z pasty:
Zn (s) + 2OH - (aq) => Zn (OH) 2 (s) + 2e -
Dva elektrony uvolněné oxidací zinku putují do vnějšího obvodu, kde jsou zodpovědné za spuštění elektronického mechanismu zařízení.
Poté se vrátí k baterii přes kladný terminál (+), katodu; to znamená, že prochází grafitovou elektrodou MnO 2. Protože těstoviny mají určitou vlhkost, probíhá následující reakce:
2MnO 2 (s) + 2 H 2 O (l) + 2e - => 2MnO (OH) (s) + 2OH - (aq)
Nyní je MnO 2 redukován nebo získává elektrony Zn. Z tohoto důvodu odpovídá tento terminál katodě, což je místo, kde dochází k redukci.
Všimněte si, že OH - je regenerován na konci cyklu pro opětovné zahájení oxidace Zn; jinými slovy, rozptylují se do středu pasty, dokud se znovu nedostanou do kontaktu s práškovým zinkem.
Podobně, plynné produkty nejsou vytvořeny, jako je tomu u zinek-uhlík buňky, kde NH 3 a H 2 jsou generovány.
Přijde bod, ve kterém bude celý povrch elektrody pokryt pevnými látkami Zn (OH) 2 a MnO (OH), čímž se ukončí životnost baterie.
Nabíjecí baterie
Popsaná alkalická baterie se nedá dobíjet, takže jakmile bude „mrtvá“, nebude ji možné znovu použít. To není případ dobíjecích, které se vyznačují reverzibilními reakcemi.
Aby se produkty vrátily na reaktanty, musí být elektrický proud přiveden v opačném směru (nikoli z anody na katodu, ale z katody na anodu).
Příkladem dobíjecí alkalické baterie je NiMH. Skládá se z NiOOH anody, která ztrácí elektrony na katodě hydridu niklu. Při použití baterie se vybíjí a odtud pochází známá věta „nabijte baterii“.
Lze ji podle potřeby nabíjet stokrát; čas však nelze úplně zvrátit a dosáhnout původních podmínek (což by bylo nepřirozené).
Také jej nelze dobíjet libovolným způsobem: je třeba dodržovat pokyny doporučené výrobcem.
Proto tyto baterie dříve nebo později také zahynou a ztratí svou účinnost. Má však výhodu, že není rychle použitelný, což přispívá méně ke kontaminaci.
Další dobíjecí baterie jsou nikl-kadmiové a lithiové.
Aplikace
Zdroj: Pxhere.
Některé varianty alkalických baterií jsou tak malé, že je lze použít v hodinkách, dálkových ovladačích, hodinách, rádiích, hračkách, počítačích, konzolách, baterkách atd. Ostatní jsou větší než figurka klonu Star Wars.
Ve skutečnosti se jedná o ty na trhu, které převládají nad jinými typy baterií (alespoň pro domácí použití). Vydrží déle a generují více elektřiny než běžné baterie Leclanché.
Ačkoli zinek-manganová baterie neobsahuje toxické látky, jiné baterie, například rtuťové baterie, otevírají debatu o jejich možném dopadu na životní prostředí.
Na druhé straně alkalické baterie fungují velmi dobře při širokém rozsahu teplot; Mohou dokonce pracovat pod 0 ° C, takže jsou dobrým zdrojem elektrické energie pro zařízení, která jsou obklopena ledem.
Reference
- Shiver & Atkins. (2008). Anorganická chemie. (Čtvrté vydání). Mc Graw Hill.
- Whitten, Davis, Peck a Stanley. (2008). Chemie. (8. ed.). CENGAGE Učení.
- Bobby. (10. května 2014). Další informace o nejspolehlivějších alkalických bateriích. Obnoveno z: upsbatterycenter.com
- Duracell. (2018). Často kladené otázky: věda. Obnoveno z: duracell.mx
- Boyer, Timothy. (19. dubna 2018). Jaký je rozdíl mezi alkalickými a nealkalickými bateriemi? Sciencing. Obnoveno z: sciencing.com
- Michael W. Davidson a Florida State University. (2018). Alkalická manganová baterie. Obnoveno z: micro.magnet.fsu.edu