Alkáli elemek, működés és használat



az alkáli elem ez az akkumulátor, amelyben az elektrolit kompozíció pH-ja alapvető. Ez a fő különbség az akkumulátor és sok más között, ahol az elektrolitjai savasak; az NH sókat használó cink-szén akkumulátorok esetében4Cl, vagy akár koncentrált kénsav az autó akkumulátorában.

Száraz cella is, mivel az alap elektrolitok kis nedvességtartalmú paszta formájában vannak; de elég ahhoz, hogy lehetővé tegyük a résztvevő ionok migrációját az elektródák felé vezető kémiai reakciókban, és így teljesítsék az elektron áramkört.

A fenti képen 9V-os Duracell akkumulátorral rendelkezik, amely az egyik legismertebb példa az alkáli elemekre. Minél nagyobb a verem, annál hosszabb az élettartama és a munkakapacitása (különösen akkor, ha sok energiát fogyasztó eszközökre vannak szánva). Kis eszközök esetén AA és AAA elemek állnak rendelkezésre.

Egy másik különbség, az elektrolit összetételének pH-ján kívül, az, hogy újratölthető vagy nem, általában hosszabb ideig tartanak, mint a savas akkumulátorok.

index

  • 1 Az alkáli elem alkatrészei
    • 1.1 Alap elektrolitok
  • 2 Működés
    • 2.1 Újratölthető elemek
  • 3 Használat
  • 4 Referenciák

Az alkáli elem alkatrészei

A cink-szén halomban két elektróda van: egy cink és a másik grafitos szén. "Alapváltozatában" az egyik elektróda grafit helyett mangán-oxidból (IV), MnO-ból áll.2 grafittal keverve.

Mindkét elektróda felülete a reakciókból származó szilárd anyaggal van ellátva.

A homogén, cinkfelülettel ellátott ón helyett a cella tárolója egy sor kompakt lemez (felső kép).

Az összes lemez középpontjában egy MnO rúd található2, amelynek felső végén egy szigetelő alátét nyúlik ki, és jelzi az akkumulátor pozitív végét (katód).

Megjegyezzük, hogy a lemezek porózus réteggel és fémes réteggel vannak borítva; ez utóbbi lehet vékony műanyag fólia is.

A halom alapja a negatív terminálban van, ahol a cink oxidálja és felszabadítja az elektronokat; de ezeknek egy külső áramkörre van szükségük, hogy elérjék a halom tetejét, pozitív végét.

A cinkfelület nem sima, mint a Leclanché sejtek esetében, de durva; vagyis sok pórusuk van és nagy felületük van, ami növeli a halom aktivitását.

Alap elektrolitok

Az elemek alakja és szerkezete a típus és a kialakítás szerint változik. Mindazonáltal minden alkáli elem közös elektrolit-összetételének alapvető pH-jával rendelkezik, amely a nátrium-hidroxid vagy KOH hozzáadása a paszta keverékéhez..

Valójában OH-ionok- azok, akik részt vesznek az e tárgyak által előidézett elektromos energia felelős reakcióiban.

működés

Ha az alkáli elem csatlakoztatva van a készülékhez és meggyullad, a cink azonnal reagál az OH-val- a tészta:

Zn (s) + 2OH-(ac) => Zn (OH)2(s) + 2e-

A cink oxidációjával felszabaduló két elektron a külső áramkörbe kerül, ahol a műtárgy elektronikus mechanizmusa felelős..

Ezután visszatérnek a halomba a pozitív (+) terminálon, a katódon keresztül; vagyis a MnO elektródán keresztül haladnak2-grafit. Mivel a paszta bizonyos páratartalmú, a következő reakció lép fel:

2MnO2(s) + 2H2O (l) + 2e- => 2MO (OH) (s) + 2OH-(AQ)

Most a MnO2 A Zn-ben levő elektronokat csökkentik vagy nyerik. Ez az oka annak, hogy ez a terminál megfelel a katódnak, ami a redukció helye.

Ne feledje, hogy az OH- a ciklus végén regenerálódik, hogy újraindítsa a Zn oxidációját; más szóval, a paszta közepén diffundálnak, amíg újra nem érintkeznek a porított cinkkel.

A gáznemű termékek nem képződnek, mint a cink-szén akkumulátor, ahol NH keletkezik3 és H2.

Eljön az a pont, ahol az elektróda teljes felülete a Zn (OH) szilárd anyagával lesz fedve.2 és MnO (OH), az akkumulátor hasznos élettartamát.

Újratölthető elemek

A leírt alkáli akkumulátor nem újratölthető, így egyszer "halott" -ként nem lehet újra használni. Ez nem így van az újratölthető készülékek esetében, amelyeket reverzibilis reakciók jellemeznek.

Ahhoz, hogy a termékeket reagensekké fordítsuk, az áramot ellenkező irányban kell alkalmazni (nem az anódtól a katódig, hanem a katódtól az anódig).

Egy újratölthető alkáli elem például a NiMH. Ez egy NiOOH anódból áll, amely elveszti az elektronokat, amelyek a nikkel-hidrid katódra irányulnak. Amikor az akkumulátort használják, akkor az lemerül, és ez az, ahol az ismerős kifejezés az "akkumulátor feltöltése"..

Így szükség szerint több százszor tölthető fel; az időt azonban nem lehet teljesen megfordítani és az eredeti feltételeket elérni (ami természetellenes lenne).

Azt sem lehet tetszőleges módon feltölteni: a gyártó által ajánlott irányelveket be kell tartani.

Ezért előbb-utóbb ezek az elemek is elpusztulnak, és elveszítik hatékonyságukat. Ennek azonban az az előnye, hogy nem gyorsan eldobható, és kevésbé járul hozzá a szennyezéshez.

Más újratölthető elemek a nikkel-kadmium és a lítium elemek.

alkalmazások

Az alkáli elemek néhány változata olyan kicsi, hogy órákban, távirányítókban, órákban, rádiókban, játékokban, számítógépekben, konzolokban, zseblámpákban stb. Használhatók. Mások nagyobbak, mint egy Star Wars klón figura.

Valójában a piacon ezek azok, amelyek túlnyomórészt a más típusú akkumulátorok felett (legalábbis otthoni használatra). Tartósabbak és több áramot termelnek, mint a hagyományos Leclanché akkumulátorok.

Bár a cink-mangán akkumulátor nem tartalmaz mérgező anyagokat, más elemek, mint például a higany, vitát indítanak a környezetre gyakorolt ​​lehetséges hatásáról..

Másrészről, az alkáli elemek nagyon magas hőmérsékleten működnek széles hőmérséklet-tartományban; 0 ° C alatti hőmérsékleten is működhet, így azok jó forrást jelentenek a jég által körülvett eszközök számára.

referenciák

  1. Shiver & Atkins. (2008). Szervetlen kémia (Negyedik kiadás). Mc Graw-hegy.
  2. Whitten, Davis, Peck és Stanley. (2008). Kémia. (8. kiadás). CENGAGE Tanulás.
  3. Bobby. (2014. május 10.). További információ a legmegbízhatóbb alkáli elemekről. Szerkesztve: upsbatterycenter.com
  4. Duracell. (2018). Gyakran feltett kérdések: tudomány. Visszanyerve: duracell.mx
  5. Boyer, Timothy. (2018. április 19.). Mi a különbség az alkáli és a nem lúgos elemek között? Sciencing. A lap eredeti címe: sciencing.com
  6. Michael W. Davidson és a Florida Állami Egyetem. (2018). Az alkáli-mangán akkumulátor. A lap eredeti címe: micro.magnet.fsu.edu