ŠARMINĖ BATERIJA: KOMPONENTAI, VEIKIMAS IR PASKIRTIS - CHEMIJA - 2025

Šarminės baterijos yra baterija, kurioje jos elektrolitų kompozicijos pH yra pagrindinis. Tai yra pagrindinis skirtumas tarp šios baterijos ir daugelio kitų, kai jos elektrolitai yra rūgštiniai; kaip ir cinko-anglies akumuliatoriuose, kuriuose naudojamos NH ₄ Cl druskos ar netgi koncentruota sieros rūgštis automobilių akumuliatoriuose.

Tai taip pat yra sausa ląstelė, nes pagrindiniai elektrolitai yra pastos pavidalo, su mažu drėgmės procentu; bet pakankamai, kad jonai, dalyvaujantys cheminėse reakcijose, galėtų pereiti prie elektrodų, ir tokiu būdu baigtų elektronų grandinę.

Šaltinis: Mike'as Mozartas per „Flickr“.

Aukščiau pavaizduota „Duracell 9V“ baterija, viena iš geriausiai žinomų šarminių baterijų pavyzdžių. Kuo didesnė baterija, tuo ilgesnis jos tarnavimo laikas ir darbingumas (ypač jei jie naudojami daug energijos suvartojančiams prietaisams). Mažiems prietaisams turite AA ir AAA baterijas.

Kitas skirtumas, išskyrus jų elektrolitų sudėties pH, yra tas, kad įkraunami ar ne, paprastai jie tarnauja ilgiau nei rūgštiniai akumuliatoriai.

Šarminių baterijų komponentai

Cinko-anglies akumuliatoriuje yra du elektrodai: vienas iš cinko, o kitas iš grafitinės anglies. Savo "bazinę versiją" vieną iš elektrodų vietoj to, kad grafito, susideda iš mangano (IV) oksido, MnO ₂ maišyti su grafito.

Abiejų elektrodų paviršius sunaudojamas ir padengiamas kietosiomis medžiagomis, atsirandančiomis dėl reakcijų.

Šaltinis: Švino savininkas iš „Wikimedia Commons“

Be to, vietoj skardos su vienalyčiu cinko paviršiumi, kaip ląstelių konteineris, yra kompaktinių diskų serija (vaizdas iš viršaus).

Visų diskų centre yra MnO ₂ strypas , kurio viršutiniame gale išsikiša izoliacinė poveržlė ir žymi teigiamą akumuliatoriaus gnybtą (katodą).

Atkreipkite dėmesį, kad diskai yra padengti porėtu ir metaliniu sluoksniu; pastaroji taip pat gali būti plona plastikinė plėvelė.

Ląstelės pagrindas yra neigiamasis terminalas, kuriame cinkas oksiduojasi ir išskiria elektronus; tačiau šiems reikia išorinės grandinės, kad būtų galima pasiekti akumuliatoriaus viršutinę dalį, jo teigiamą gnybtą.

Cinko paviršius nėra lygus, kaip tai daroma su Leclanché ląstelėmis, bet šiurkštus; ty jie turi daug porų ir didelį paviršiaus plotą, kurie padidina akumuliatoriaus aktyvumą.

Pagrindiniai elektrolitai

Baterijų forma ir struktūra keičiasi atsižvelgiant į jų tipą ir dizainą. Tačiau visų šarminių akumuliatorių elektrolitų sudėtis turi bendrą bazinį pH, kurį lemia NaOH arba KOH pridėjimas į pastos mišinį.

Tiesą sakant, būtent OH jonai ^- tie, kurie dalyvauja reakcijose, atsakingose ​​už šių objektų teikiamą elektros energiją.

Veikiantis

Kai šarminė baterija buvo prijungta prie prietaiso ir įjungta, cinkas iškart reaguoja su OH ^- iš pastos:

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

2 elektronai, išsiskiriantys oksidavus cinką, keliauja į išorinę grandinę, kur jie yra atsakingi už prietaiso elektroninio mechanizmo paleidimą.

Tada jie grįžta į akumuliatorių per teigiamąjį gnybtą (+), katodą; tai yra, jie keliauja per MnO ₂ -grafičio elektrodą . Kadangi makaronai turi tam tikrą drėgmę, vyksta tokia reakcija:

2MnO ₂ (-ai) + 2H ₂ O (l) + 2e ^- => 2MnO (OH) (-ai) + 2OH ^- (vand)

Dabar MnO ₂ yra sumažintas arba įgyja Zn elektronus. Būtent dėl ​​šios priežasties šis gnybtas atitinka katodą, kuriame ir vyksta redukcija.

Atkreipkite dėmesį, kad OH ^- ciklo pabaigoje regeneruojamas, kad būtų galima pradėti Zn oksidaciją; kitaip tariant, jie pasklinda į pastos vidurį, kol vėl susiliečia su cinko milteliais.

Taip pat, dujiniai produktai nėra suformuota, kaip tai atsitinka su cinko-anglies ląstelių, kur NH ₃ ir H ₂ generuoja .

Atsiras taškas, kai visas elektrodo paviršius bus padengtas kietosiomis Zn (OH) ₂ ir MnO (OH) medžiagomis, ir tai pasibaigs akumuliatoriaus tarnavimo laikas.

Įkraunamos baterijos

Apibūdinta šarminė baterija nėra įkraunama, todėl, kai ji „mirusi“, nėra galimybės jos vėl naudoti. Tai netaikoma įkraunamiesiems, kuriems būdingos grįžtamosios reakcijos.

Norint grąžinti produktus į reagentus, elektros srovė turi būti nukreipta priešinga kryptimi (ne iš anodo į katodą, o iš katodo į anodą).

Įkraunamos šarminės baterijos pavyzdys yra NiMH. Jį sudaro NiOOH anodas, kuris praranda elektronus į nikelio hidrido katodą. Kai akumuliatorius naudojamas, jis išsikrauna ir štai iš kur kyla gerai žinoma frazė „įkrauti akumuliatorių“.

Taigi, prireikus, jis gali būti įkraunamas šimtus kartų; tačiau laiko negalima visiškai pakeisti ir pasiekti pradines sąlygas (kurios būtų nenatūralios).

Taip pat jo negalima savavališkai įkrauti: reikia laikytis gamintojo rekomenduojamų rekomendacijų.

Štai kodėl anksčiau ar vėliau šios baterijos taip pat praranda ir praranda savo efektyvumą. Tačiau jis turi pranašumą, nes nėra greitai sunaikinamas ir mažiau prisideda prie užteršimo.

Kitos įkraunamos baterijos yra nikelio-kadmio ir ličio baterijos.

Programos

Šaltinis: Pxhere.

Kai kurie šarminių baterijų variantai yra tokie maži, kad juos galima naudoti laikrodžiuose, nuotolinio valdymo pultuose, laikrodžiuose, radijo imtuvuose, žaisluose, kompiuteriuose, konsolėse, žibintuvėliuose ir kt. Kiti yra didesni už Žvaigždžių karų klono figūrėlę.

Tiesą sakant, šie yra tie rinkai, kur vyrauja kitų rūšių baterijos (bent jau naudojimui namuose). Jie tarnauja ilgiau ir sukuria daugiau elektros energijos nei įprastos „Leclanché“ baterijos.

Nors cinko-mangano baterijose nėra nuodingų medžiagų, kitos baterijos, tokios kaip gyvsidabrio baterijos, pradeda diskusijas apie galimą jų poveikį aplinkai.

Kita vertus, šarminės baterijos labai gerai veikia įvairiausiose temperatūrose; Jie gali veikti net žemesnėje nei 0 ° C temperatūroje, todėl jie yra geras elektros energijos šaltinis tiems prietaisams, kuriuos supa ledas.

Nuorodos

1. Šiveris ir Atkinsas. (2008). Neorganinė chemija. (Ketvirtasis leidimas). Mc Graw Hill.
2. Whittenas, Davisas, Peckas ir Stanley. (2008). Chemija. (8-asis leidimas). CENGAGE mokymasis.
3. Bobis. (2014 m. Gegužės 10 d.). Sužinokite daugiau apie patikimiausias šarmines baterijas. Atkurta iš: upsbatterycenter.com
4. Duracelė. (2018 m.). Dažnai užduodami klausimai: mokslas. Atkurta iš: duracell.mx
5. Boyeris, Timothy. (2018 m. Balandžio 19 d.). Kuo skiriasi šarminės ir nešarminės baterijos? Mokslas. Atgauta iš: sciencing.com
6. Michaelas W. Davidsonas ir Floridos valstijos universitetas. (2018 m.). Šarminio mangano baterija. Atkurta iš: micro.magnet.fsu.edu