- Componenti della batteria alcalina
- Elettroliti di base
- Funzionamento
- Batterie ricaricabili
- applicazioni
- Riferimenti
La batteria alcalina è una batteria in cui il pH della sua composizione elettrolitica è basilare. Questa è la principale differenza tra questa batteria e molte altre in cui i suoi elettroliti sono acidi; come nel caso delle batterie zinco-carbone che utilizzano sali NH 4 Cl, o anche acido solforico concentrato nelle batterie delle auto.
È anche una cella a secco, poiché gli elettroliti di base sono sotto forma di una pasta con una bassa percentuale di umidità; ma sufficiente per consentire una migrazione degli ioni partecipanti alle reazioni chimiche verso gli elettrodi, e quindi completare il circuito elettronico.
Fonte: Mike Mozart tramite Flickr.
Nella foto sopra c'è una batteria Duracell da 9V, uno dei più noti esempi di batterie alcaline. Più grande è la batteria, più lunga è la sua durata e capacità di lavoro (soprattutto se vengono utilizzate per apparecchi ad alta intensità energetica). Per i piccoli elettrodomestici, hai batterie AA e AAA.
Un'altra differenza oltre al pH della loro composizione elettrolitica, è che, ricaricabili o meno, generalmente durano più a lungo delle batterie ad acido.
Componenti della batteria alcalina
Nella batteria zinco-carbone ci sono due elettrodi: uno di zinco e l'altro di carbonio grafitico. Nella sua "versione base" uno degli elettrodi invece di essere grafite, è costituito da ossido di manganese (IV), MnO 2 miscelato con grafite.
La superficie di entrambi gli elettrodi viene consumata e coperta dai solidi risultanti dalle reazioni.
Fonte: titolare del piombo, da Wikimedia Commons
Inoltre, invece di una lattina con una superficie di zinco omogenea come il contenitore delle celle, c'è una serie di compact disc (immagine in alto).
Al centro di tutti i dischi si trova un'asta di MnO 2 , all'estremità superiore della quale sporge una rondella isolante che segna il terminale positivo (catodo) della batteria.
Notare che i dischi sono ricoperti da uno strato poroso e uno metallico; quest'ultimo potrebbe anche essere un film plastico sottile.
La base della cella è il terminale negativo, dove lo zinco si ossida e rilascia gli elettroni; ma questi hanno bisogno di un circuito esterno per raggiungere la parte superiore della batteria, il suo terminale positivo.
La superficie dello zinco non è liscia, come nel caso delle celle Leclanché, ma ruvida; cioè hanno molti pori e un'ampia superficie che aumentano l'attività della batteria.
Elettroliti di base
La forma e la struttura delle batterie cambiano a seconda del tipo e del design. Tuttavia, tutte le batterie alcaline hanno in comune un pH basico della loro composizione elettrolitica, che è dovuto all'aggiunta di NaOH o KOH alla miscela pastosa.
In realtà, sono gli ioni OH - quelli che partecipano alle reazioni responsabili dell'energia elettrica fornita da questi oggetti.
Funzionamento
Quando la batteria alcalina è stata collegata all'apparecchio e accesa, lo zinco reagisce immediatamente con l'OH - della pasta:
Zn (s) + 2OH - (aq) => Zn (OH) 2 (s) + 2e -
I 2 elettroni rilasciati dall'ossidazione dello zinco viaggiano verso il circuito esterno, dove sono responsabili dell'avvio del meccanismo elettronico del dispositivo.
Quindi ritornano alla batteria attraverso il terminale positivo (+), il catodo; cioè, viaggiano attraverso l'elettrodo di grafite MnO 2 . Poiché la pasta ha una certa umidità, avviene la seguente reazione:
2MnO 2 (s) + 2H 2 O (l) + 2e - => 2MnO (OH) (s) + 2OH - (aq)
Ora l'MnO 2 si riduce o guadagna gli elettroni dello Zn. È per questo motivo che questo terminale corrisponde al catodo, che è dove avviene la riduzione.
Si noti che l'OH - viene rigenerato alla fine del ciclo per riavviare l'ossidazione di Zn; in altre parole, si diffondono al centro della pasta fino a tornare a contatto con lo zinco in polvere.
Allo stesso modo non si formano prodotti gassosi, come accade con la cella zinco-carbone dove si generano NH 3 e H 2 .
Verrà un punto in cui l'intera superficie dell'elettrodo sarà ricoperta dai solidi di Zn (OH) 2 e MnO (OH), terminando la vita utile della batteria.
Batterie ricaricabili
La batteria alcalina descritta non è ricaricabile, quindi una volta che è "scarica" non c'è modo di riutilizzarla. Questo non è il caso di quelli ricaricabili, che sono caratterizzati da reazioni reversibili.
Per riportare i prodotti in reagenti, è necessario applicare una corrente elettrica nella direzione opposta (non da anodo a catodo, ma da catodo ad anodo).
Un esempio di una batteria alcalina ricaricabile è NiMH. È costituito da un anodo NiOOH, che perde elettroni nel catodo di idruro di nichel. Quando la batteria viene utilizzata si scarica, ed è da qui che deriva la famosa frase "carica la batteria".
Pertanto, può essere ricaricato centinaia di volte, se necessario; tuttavia, il tempo non può essere completamente invertito e le condizioni originali raggiunte (il che sarebbe innaturale).
Inoltre, non può essere ricaricato in modo arbitrario: devono essere seguite le linee guida consigliate dal produttore.
Ecco perché prima o poi anche queste batterie muoiono e perdono la loro efficacia. Tuttavia, ha il vantaggio di non essere rapidamente usa e getta, contribuendo meno alla contaminazione.
Altre batterie ricaricabili sono batterie al nichel-cadmio e al litio.
applicazioni
Fonte: Pxhere.
Alcune varianti di batterie alcaline sono così piccole che possono essere utilizzate in orologi, telecomandi, orologi, radio, giocattoli, computer, console, torce elettriche, ecc. Altri sono più grandi di una statuetta di un clone di Star Wars.
Queste, infatti, sono quelle in commercio che predominano sugli altri tipi di batterie (almeno per uso domestico). Durano più a lungo e generano più elettricità rispetto alle tradizionali batterie Leclanché.
Sebbene la batteria zinco-manganese non contenga sostanze tossiche, altre batterie, come le batterie al mercurio, aprono un dibattito sul loro possibile impatto sull'ambiente.
D'altra parte, le batterie alcaline funzionano molto bene in un'ampia gamma di temperature; Possono funzionare anche sotto 0 ° C, quindi sono una buona fonte di energia elettrica per quegli apparecchi che sono circondati dal ghiaccio.
Riferimenti
- Shiver & Atkins. (2008). Chimica inorganica. (Quarta edizione). Mc Graw Hill.
- Whitten, Davis, Peck e Stanley. (2008). Chimica. (8 ° ed.). CENGAGE Apprendimento.
- Bobby. (10 maggio 2014). Ulteriori informazioni sulla maggior parte delle batterie alcaline affidabili. Recupero da: upsbatterycenter.com
- Duracell. (2018). Domande frequenti: scienza. Recupero da: duracell.mx
- Boyer, Timothy. (19 aprile 2018). Qual è la differenza tra batterie alcaline e non alcaline? Sciencing. Estratto da: sciencing.com
- Michael W. Davidson e la Florida State University. (2018). La batteria alcalina-manganese. Recupero da: micro.magnet.fsu.edu