SĀRMA AKUMULATORS: KOMPONENTI, DARBĪBA UN LIETOJUMS - ĶĪMIJA - 2025

Alkaline baterija ir baterija, kurā pH no tās elektrolītu sastāva ir pamata. Šī ir galvenā atšķirība starp šo akumulatoru un daudziem citiem, ja tā elektrolīti ir skābi; kā tas ir ar cinka-oglekļa baterijām, kurās automašīnu akumulatoros tiek izmantoti NH ₄ Cl sāļi vai pat koncentrēta sērskābe.

Tā ir arī sausa šūna, jo pamata elektrolīti ir pastas veidā ar zemu mitruma procentu; bet pietiekami, lai ļautu joniem migrēt, kas piedalās ķīmiskās reakcijās pret elektrodiem, un tādējādi pabeigtu elektronu ķēdi.

Avots: Maiks Mocarts, izmantojot Flickr.

Attēlā ir Duracell 9V akumulators, viens no pazīstamākajiem sārma akumulatoru piemēriem. Jo lielāka ir akumulators, jo ilgāks tā kalpošanas laiks un darba ietilpība (īpaši, ja tos izmanto energoietilpīgām ierīcēm). Mazām ierīcēm jums ir AA un AAA baterijas.

Cita atšķirība, izņemot to elektrolītu sastāva pH, ir tā, ka tie ir uzlādējami vai nē, tie parasti kalpo ilgāk nekā skābes baterijas.

Sārmu akumulatoru komponenti

Cinka-oglekļa akumulatorā ir divi elektrodi: viens no cinka, bet otrs no grafīta oglekļa. Tā "pamata versijā" viens no elektrodiem, nevis grafīts, sastāv no mangāna (IV) oksīda, MnO _{2, kas} sajaukts ar grafītu.

Abu elektrodu virsma tiek patērēta un pārklāta ar cietām vielām, kas rodas reakciju rezultātā.

Avots: vadošais īpašnieks, no Wikimedia Commons

Alvas ar viendabīgu cinka virsmu kā šūnu trauka vietā ir arī kompaktdisku sērija (augšējais attēls).

Visu disku centrā atrodas MnO ₂ stienis , kura augšpusē izvirzās izolācijas paplāksne un iezīmē akumulatora pozitīvo spaili (katodu).

Ņemiet vērā, ka diski ir pārklāti ar porainu un metāla slāni; pēdējā varētu būt arī plāna plastmasas plēve.

Šūnas pamatne ir negatīvā spaile, kur cinks oksidējas un atbrīvo elektronus; bet tiem nepieciešama ārēja ķēde, lai sasniegtu akumulatora augšpusi, tā pozitīvo spaili.

Cinka virsma nav gluda, kā tas ir Leclanché šūnās, bet raupja; tas ir, tiem ir daudz poru un liels virsmas laukums, kas palielina akumulatora darbību.

Pamata elektrolīti

Bateriju forma un struktūra mainās atkarībā no veida un konstrukcijas. Tomēr visām sārma baterijām ir kopīgs viņu elektrolītu sastāva pamata pH, kas rodas NaOH vai KOH pievienošanas gadījumā pastveida maisījumam.

Faktiski tieši OH joni ^- tie, kas piedalās reakcijās, kas atbild par šo objektu piegādāto elektrisko enerģiju.

Darbojas

Kad sārma akumulators ir pievienots ierīcei un ieslēgts, cinks nekavējoties reaģē ar OH ^- no pastas:

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

2 elektroni, kas atbrīvoti no cinka oksidācijas, nonāk ārējā ķēdē, kur tie ir atbildīgi par ierīces elektroniskā mehānisma iedarbināšanu.

Pēc tam viņi atgriežas akumulatorā caur pozitīvo spaili (+), katodu; tas ir, tie pārvietojas caur MnO ₂ grafīta elektrodu . Tā kā makaroniem ir noteikts mitrums, notiek šāda reakcija:

2MnO ₂ (s) + 2H ₂ O (l) + 2e ^- => 2MnO (OH) (s) + 2OH ^- (aq)

Tagad MnO ₂ ir samazināts vai iegūst Zn elektronus. Tieši šī iemesla dēļ šis spailis atbilst katodam, kur notiek samazināšana.

Ņemiet vērā, ka OH ^- cikla beigās tiek reģenerēts, lai atsāktu Zn oksidēšanu; citiem vārdiem sakot, tie izkliedējas pastas vidū, līdz tie atkal nonāk saskarē ar cinka pulveri.

Tāpat neveidojas gāzveida produkti, kā tas notiek ar cinka-oglekļa elementu, kur rodas NH ₃ un H ₂ .

Nāks punkts, kurā visu elektrodu virsmu segs Zn (OH) ₂ un MnO (OH) cietās vielas, līdz ar to beidzas akumulatora kalpošanas laiks.

Uzlādējamās baterijas

Aprakstītais sārma akumulators nav uzlādējams, tāpēc pēc tam, kad tas ir “miris”, to vairs nav iespējams izmantot. Tas neattiecas uz uzlādējamām, kurām raksturīgas atgriezeniskas reakcijas.

Lai produktus pārveidotu par reaģentiem, pretējā virzienā ir jāpieliek elektriskā strāva (nevis no anoda uz katodu, bet no katoda uz anodu).

Uzlādējamas sārma baterijas piemērs ir NiMH. Tas sastāv no NiOOH anoda, kas zaudē elektronus niķeļa hidrīda katodam. Kad akumulators tiek izmantots, tas izlādējas, un no tā nāk plaši pazīstamā frāze "uzlādēt akumulatoru".

Tādējādi to var uzlādēt simtiem reižu pēc nepieciešamības; tomēr laiku nevar pilnībā mainīt un sasniegt sākotnējos nosacījumus (kas būtu nedabiski).

To nevar patvaļīgi uzlādēt: ir jāievēro ražotāja ieteiktās vadlīnijas.

Tāpēc agrāk vai vēlāk šīs baterijas arī pazūd un zaudē savu efektivitāti. Tomēr tā priekšrocība ir tā, ka to nevar ātri izmantot, tas mazāk veicina piesārņojumu.

Citas uzlādējamās baterijas ir niķeļa-kadmija un litija baterijas.

Lietojumprogrammas

Avots: Pxhere.

Daži sārma bateriju varianti ir tik mazi, ka tos var izmantot pulksteņos, tālvadības pultī, pulksteņos, radioaparātos, rotaļlietās, datoros, konsolēs, lukturīšos utt. Citi ir lielāki nekā Zvaigžņu karu klona figūriņa.

Faktiski tie ir tie, kas tirgū ir dominējošie salīdzinājumā ar cita veida baterijām (vismaz lietošanai mājās). Tie kalpo ilgāk un rada vairāk elektrības nekā parastās Leclanché baterijas.

Kaut arī cinka-mangāna akumulatorā nav toksisku vielu, citas baterijas, piemēram, dzīvsudraba akumulatori, sāk diskusijas par to iespējamo ietekmi uz vidi.

No otras puses, sārma baterijas ļoti labi darbojas plašā temperatūru diapazonā; Viņi var strādāt pat zem 0 ° C, tāpēc tie ir labs elektriskās enerģijas avots tām ierīcēm, kuras ieskauj ledus.

Atsauces

1. Šiveris un Atkins. (2008). Neorganiskā ķīmija. (Ceturtais izdevums). Mc Graw Hill.
2. Vaitens, Deiviss, Peks un Stenlijs. (2008). Ķīmija. (8. izd.). CENGAGE mācīšanās.
3. Bobijs. (2014. gada 10. maijs). Uzziniet vairāk par visdrošākajām sārma baterijām. Atgūts no: upsbatterycenter.com
4. Duracell. (2018). Bieži uzdotie jautājumi: zinātne. Atgūts no: duracell.mx
5. Boyer, Timothy. (2018. gada 19. aprīlis). Kāda ir atšķirība starp sārmu un sārmu akumulatoriem? Zinātne. Atgūts no: sciencing.com
6. Maikls W. Davidsons un Floridas štata universitāte. (2018). Sārmu-mangāna akumulators. Atgūts no: micro.magnet.fsu.edu