BATERIJŲ TIPAI, CHARAKTERISTIKOS IR REAKCIJA - CHEMIJA - 2025

Rinkoje galite įsigyti įvairių tipų baterijų, turinčių savo ypatybes . Baterijos, kurios yra ne kas kita kaip elektros energijos elementai, suteikia vartotojams pranašumą nešančios su savimi elektrą bet kur (tol, kol sąlygos nėra drastiškos).

Baterijas paprastai galima įsigyti su izoliacija; tačiau jie taip pat pasiekiami sujungiant vienas su kitu nuosekliai arba lygiagrečiai, kurių rinkinys yra tai, ką jie vadina baterijomis. Taigi kartais terminai „akumuliatoriai“ ir „akumuliatoriai“ vartojami neatskiriamai, net kai jie nesutampa.

Šarminės baterijos: viena populiariausių baterijų rūšių. Šaltinis: Pexels.

Krūvos gali būti daugybės spalvų, formų ir dydžių, lygiai taip pat, kaip jos gali būti pagamintos iš kitų medžiagų. Panašiai ir, dar svarbiau, jo vidinė struktūra, kurioje vyksta cheminės reakcijos, kurios generuoja elektrą, padeda jas atskirti viena nuo kitos.

Pvz., Aukščiau esančiame paveikslėlyje pavaizduotos trys šarminės baterijos, kurios yra vienos iš labiausiai paplitusių. Terminas šarmas reiškia, kad terpė, kurioje elektronai išsiskiria ir teka, yra pagrindinė; tai yra, jo pH yra didesnis nei 7, o vyrauja OH ^- anijonai ir kiti neigiami krūviai.

Bendras reitingas

Prieš kreipdamiesi į įvairius akumuliatorių tipus, turite žinoti, kad jie visame pasaulyje klasifikuojami kaip pirminiai arba antriniai.

Pirminė

Pirminės baterijos yra tos, kurios sunaudotos turi būti išmestos arba perdirbtos, nes cheminė reakcija, kuria grindžiama elektros srovė, yra negrįžtama. Todėl jų negalima įkrauti.

Jie daugiausia naudojami tais atvejais, kai nepraktiška įkrauti elektros energiją; pavyzdžiui, kariniuose įrenginiuose, mūšio lauko viduryje. Jie taip pat yra skirti įrangai, kuriai sunaudojama mažai energijos, kad ji tarnautų ilgiau; pavyzdžiui, nuotolinio valdymo pultus ar nešiojamas pultas (tokias kaip „Gameboy“, „Tetris“ ir „Tamagotchi“).

Pirminiam tipui taip pat priklauso šarminės baterijos. Jie paprastai būna cilindro formos, nors tai nereiškia, kad cilindrinės baterijos negali būti antrinės ar įkraunamos.

aukštosios mokyklos

Skirtingai nuo pirminių baterijų, antrines baterijas galima įkrauti, kai baigsis jų energija.

Taip yra todėl, kad jose vykstančios cheminės reakcijos yra grįžtamos, todėl, pritaikius tam tikrą įtampą, produkto rūšys vėl tampa reaktyvios ir taip vėl pradeda reakciją.

Kai kurie antriniai elementai (vadinami akumuliatoriais) paprastai yra maži, kaip ir pirminiai; tačiau jie skirti prietaisams, kurie sunaudoja daugiau energijos ir kuriems naudoti pagrindines baterijas ekonomiškai ir energetiškai būtų nepraktiška. Pavyzdžiui, mobiliųjų telefonų baterijose yra antrinių elementų.

Be to, antriniai elementai yra skirti dideliam įrenginiui ar grandinėms; pavyzdžiui, automobilių akumuliatoriai, kurie yra sudaryti iš kelių akumuliatorių ar elektros elementų.

Paprastai jie yra brangesni nei galvaniniai elementai ir baterijos, tačiau ilgalaikiam naudojimui jie yra tinkamesnis ir efektyvesnis pasirinkimas.

Kiti aspektai

Statinės klasifikuojamos kaip pirminės arba antrinės; tačiau komerciškai ar populiariai jie paprastai klasifikuojami pagal formą (cilindro formos, stačiakampio formos, sagos tipo), numatytą prietaisą (fotoaparatai, transporto priemonės, skaičiuotuvai), pavadinimus (AA, AAA, C, D, N, A23 ir kt.) ) ir jų IEC ir ANSI kodus.

Vartotojui taip pat priskiriamos tam tikros savybės, tokios kaip jų įtampa (nuo 1,2 iki 12 voltų), taip pat jų tarnavimo laikas ir kainos.

Baterijų tipų sąrašas

-Anglis-cinkas

Anglies-cinko akumuliatoriai (dar vadinami „Leclanché“ elementais arba fiziologinio tirpalo akumuliatoriais) yra patys primityviausi ir, palyginti su kitomis baterijomis, šiuo metu laikomi beveik nenaudojamais; ypač, palyginti su šarminėmis baterijomis, kurios, nors ir yra šiek tiek brangesnės, turi ilgesnį tarnavimo laiką ir įtampą.

Kaip rodo jo pavadinimas, jo elektrodus sudaro cinko skardinė ir grafito strypas, atitinkamai atitinkantys anodą ir katodą.

Pirmajame elektrode, anode, elektronai atsiranda metalo cinko oksidacijos metu. Šie elektronai tada eina per išorinę grandinę, kuri aprūpina prietaisą elektros energija, o paskui baigiasi grafito katodu, kur ciklas užbaigiamas sumažinant mangano dioksidą, kuriame jis yra panardinamas.

Reakcijos

Elektrodų reakcijų cheminės lygtys:

Zn (s) → Zn ²⁺ (ac) + 2e ^- (anodas)

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) (katodas)

Šios baterijos yra labai panašios į šarmines baterijas: abi jos yra cilindro formos (tokios, kaip pavaizduota paveikslėlyje). Tačiau anglies-cinko baterijas galima atskirti, jei išsamiai perskaitytos išorėje pažymėtos charakteristikos arba jei jų IEC kodas yra prieš raidę R. Jų įtampa 1,5 V.

-Alkaline

Šarminės baterijos yra labai panašios į anglies-cinko rūšis, tuo skirtumu, kad terpėje, kurioje yra elektrodai, yra OH ^- anijonų . Ši terpė susideda iš stiprių kalio hidroksido, KOH, elektrolitų, kurie prisideda prie OH ^- kurie dalyvauja ir „bendradarbiauja“ elektronų migracijoje.

Jis tiekiamas įvairių dydžių ir įtampų, nors labiausiai paplitęs yra 1,5 V. Tai turbūt labiausiai žinomos baterijos rinkoje (pavyzdžiui, „Duracell“).

Prie jūsų elektrodų vykstančios reakcijos:

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

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

Kuo aukštesnė temperatūra, tuo greitesnės reakcijos ir akumuliatoriai greičiau išsikrauna. Įdomu tai, kad plinta populiarūs gandai, kad jie buvo įdėti į šaldiklį, kad padidintų jų gyvenimo trukmę; Tačiau atvėsęs jo turinys gali kietėti ir dėl to gali atsirasti defektų arba atsirasti rizika.

Gyvsidabris

Tikėtina gyvsidabrio baterija, kurią galima supainioti su sidabro oksido baterija. Šaltinis: „Multicherry“.

Gyvsidabrio baterijos yra labai būdingos dėl savitos sidabrinių mygtukų formos (vaizdas aukščiau). Beveik visi juos atpažintų iš pirmo žvilgsnio. Jie taip pat yra šarminiai, tačiau jų katodas, be grafito ir mangano dioksido, turi gyvsidabrio oksido, HgO; kuris po redukcijos virsta metaliniu gyvsidabriu:

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

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

Atkreipkite dėmesį, kaip OH ^- anijonai sunaudojami ir regeneruojami vykdant šias ląstelių reakcijas .

Būdamas mažomis baterijomis, jis skirtas mažiems prietaisams, tokiems kaip laikrodžiai, skaičiuotuvai, žaislų valdikliai ir kt. Kiekvienas, kuris panaudojo kurį nors iš šių objektų, supras, kad nereikia beveik „amžinybės“ keisti baterijomis; kuris atitiktų maždaug 10 metų.

Sidabro oksidas

Sidabro oksido akumuliatoriai. Šaltinis: Lukas A, CZE.

Pagrindinis gyvsidabrio akumuliatorių trūkumas yra tas, kad išmetus akumuliatorius yra rimta aplinkos problema dėl šio metalo toksinių savybių. Galbūt todėl jai trūksta IEC ir ANSI kodų. Sidabrinio oksido baterijoms prieš jų IEC kodą yra raidė S.

Vienas iš gyvsidabrio akumuliatorių pakaitalų atitinka sidabro oksido akumuliatorius, daug brangesnius, tačiau turinčius mažesnį ekologinį poveikį (vaizdas iš viršaus). Iš pradžių juose buvo gyvsidabrio, kad apsaugotų cinką nuo šarminės korozijos.

Jis tiekiamas su 1,5 V įtampa, o jo pritaikymai yra labai panašūs į gyvsidabrio akumuliatorių. Tiesą sakant, iš pirmo žvilgsnio abi baterijos atrodo vienodai; nors gali būti daug didesnių sidabro oksido polių.

Jo elektrodų reakcijos yra:

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

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

Vėliau vanduo praeina elektrolizę, skaidančių į H ⁺ ir OH ^- jonai .

Atminkite, kad vietoje gyvsidabrio ant katodo susidaro metalinis sidabras.

-Nikelio-kadmio (NiCad)

NiCd baterija. Šaltinis: „LordOider“.

Nuo šio momento laikomi antriniai elementai ar baterijos. Kaip ir gyvsidabris, nikelio-kadmio baterijos yra kenksmingos aplinkai (laukinei gamtai ir sveikatai) dėl metalo kadmio.

Jie pasižymi didelėmis elektros srovėmis ir gali būti įkraunami daugybę kartų. Tiesą sakant, jie gali būti įkraunami iš viso 2000 kartų, o tai prilygsta nepaprastam patvarumui.

Jo elektrodus sudaro nikelio oksido hidroksidas, NiO (OH), skirtas katodui, ir metalinis kadmis, skirtas anodui. Cheminis pagrindas iš esmės išlieka tas pats: kadmis (vietoj cinko) praranda elektronus, o kadmis NiO (OH) juos įgyja.

Pusinės ląstelės reakcijos yra:

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

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

OH ^- anijonai vėlgi gaunami iš KOH elektrolito. Tada „NiCad“ akumuliatoriai sukuria nikelio ir kadmio metalų hidroksidus.

Jie naudojami atskirai arba sudedami į paketus (kaip antai geltonos spalvos, pavaizduota aukščiau). Taigi jie tiekiami didelėmis ar mažomis pakuotėmis. Mažyliai naudoja žaislus; tačiau didieji naudojami orlaiviams ir elektrinėms transporto priemonėms.

-Nikelio-metalo hidridas (Ni-HM)

Ni-HM baterijos. Šaltinis: „Ramesh NG“ iš „Flickr“ (https://www.flickr.com/photos/rameshng/5645036051)

Kitas gerai žinomas elementas ar baterija, kurio energijos talpa viršija „NiCad“, yra Ni-HM (nikelio ir metalo hidridas). Tai gali būti cilindro formos (įprastos baterijos, vaizdas pateiktas aukščiau) arba sujungtos su baterija.

Chemiškai jis turi beveik tas pačias savybes kaip ir „NiCad“ akumuliatoriai, o pagrindinis skirtumas yra jo neigiamas elektrodas: katodas yra ne kadmis, o intermetalinis retųjų žemių ir pereinamųjų metalų lydinys.

Šis lydinys yra atsakingas už įkrovimo metu susidariusio vandenilio absorbavimą, sukuriant sudėtingą metalo hidridą (taigi jo pavadinime yra raidė H).

Nors Ni-HM akumuliatoriai teikia daugiau energijos (maždaug 40% daugiau), jie yra brangesni, greičiau susidėvi ir negali būti įkraunami tiek kartų, kiek yra NiCad akumuliatoriai; tai yra, jų tarnavimo laikas yra trumpesnis. Tačiau jiems trūksta atminties efekto (prarandamos baterijos, nes nėra visiškai išsikrovusios).

Dėl šios priežasties jie neturėtų būti naudojami ilgą laiką veikiančiose mašinose; nors ši problema buvo pašalinta naudojant LSD-NiHM baterijas. Taip pat Ni-HM elementai ar akumuliatoriai turi labai stabilias šilumines charakteristikas, veikdami įvairiausiose temperatūrose, nekeldami pavojaus.

Reakcijos

Prie jūsų elektrodų vykstančios reakcijos:

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)

-Jono-ličio

Ličio jonų baterija nešiojamam kompiuteriui. Šaltinis: Kristoferbas iš Vikipedijos.

Ličio elementuose ir akumuliatoriuose jie pagrįsti Li ⁺ jonų , kurie perkeliami iš anodo į katodą, migracija , elektrostatinių atstumų dėl didėjančio teigiamo krūvio produktas.

Kai kurios gali būti įkraunamos, pavyzdžiui, nešiojamųjų kompiuterių baterijos (vaizdas iš viršaus), o kitos - cilindrinės ir stačiakampės baterijos (LiSO ₂ , LiSOCl ₂ arba LiMnO ₂ ).

Ličio jonų akumuliatoriai pasižymi labai lengvomis ir energingomis, tai leidžia jas naudoti daugelyje elektroninių prietaisų, tokių kaip išmanieji telefonai ir medicinos įranga. Be to, jie beveik nepatiria atminties efekto, jų įkrovos tankis viršija NiCad ir Ni-HM elementų ir akumuliatorių tūrį, todėl jų išsikrovimas užtrunka ilgiau.

Tačiau jie yra labai jautrūs aukštai temperatūrai, net sprogsta; Be to, jie paprastai yra brangesni, palyginti su kitomis baterijomis. Vis dėlto ličio baterijos rinkoje vertinamos palankiai, ir daugelis vartotojų jas vertina kaip geriausias.

-Rūgštis

Tipiška automobiliams skirta švino rūgšties baterija. Šaltinis: „Tntflash“

Galiausiai švino rūgščiosios bakterijos, kaip rodo jos pavadinimas, neturi OH ^-, bet H ⁺ jonų ; konkrečiai, koncentruotas sieros rūgšties tirpalas. Volato elementai yra jų dėžučių viduje (viršutinis vaizdas), kur tris ar šešis iš jų galima sujungti nuosekliai, atitinkamai gaunant 6 arba 12 V bateriją.

Jis gali generuoti didelius elektros krūvius, todėl, kad jie yra labai sunkūs, yra skirti programoms ar įrenginiams, kurių negalima gabenti rankiniu būdu; pavyzdžiui, automobiliai, saulės baterijos ir povandeniniai laivai. Ši rūgštinė baterija yra seniausia ir vis dar naudojama automobilių pramonėje.

Jo elektrodai yra pagaminti iš švino: katodo PbO ₂ , o anodo - kempinio metalo. Juose vykstančios reakcijos yra:

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

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

Nuorodos

1. Whittenas, Davisas, Peckas ir Stanley. (2008). Chemija. (8-asis leidimas). CENGAGE mokymasis.
2. Odunlade'as Emmanuelis. (2018 m. Liepos 24 d.). Įvairių tipų baterijos ir jų pritaikymas. Grandinės santrauka. Atkurta iš: circuitdigest.com
3. BANDYMAS. (sf). Baterijų tipai. Atkurta iš: prba.org
4. Izidorius Buchmanas. (2019 m.). Kokia geriausia baterija? Baterijos universitetas. Atkurta iš: batteryuniversity.com
5. „McGraw-Hill“ kompanijos. (2007). 12 skyrius: Baterijos. . Atkurta iš: oakton.edu
6. Shapley Patricija. (2012). Įprasti baterijų tipai. Ilinojaus universitetas. Atkurta iš: butane.chem.uiuc.edu
7. Ekologinis požiūris. (2017 m. Sausio 22 d.). Baterijų tipai: išsamus vadovas su turimomis baterijomis. Atkurta iš: actitudecologica.com