Az alkáli elem egy olyan elem, amelynek elektrolit-összetételének pH-ja alapvető. Ez a fő különbség az akkumulátor és sok más elem között, ahol az elektrolitok savasak; mint például a cink-szén akkumulátorok esetében, amelyek NH 4 Cl sókat vagy akár koncentrált kénsavat használnak az autóakkumulátorokban.
Ez egy száraz cella is, mivel az alapvető elektrolitok paszta formájában vannak, alacsony páratartalommal; de elegendő ahhoz, hogy lehetővé váljon a kémiai reakciókban részt vevő ionok vándorolása az elektródok felé, és így teljes az elektronkör.
Forrás: Mike Mozart a Flickr-en keresztül.
A fenti képen egy Duracell 9 V-os elem, az egyik legismertebb alkáli elem. Minél nagyobb az akkumulátor, annál hosszabb az élettartama és kapacitása (különösen, ha energiaigényes készülékekhez használják). Kis készülékek esetén van AA és AAA elem.
Az elektrolit-összetétel pH-ján kívül egy másik különbség az, hogy újratölthető vagy sem, általában hosszabb ideig tart, mint a savas akkumulátorok.
Alkáli elem elemek
A cink-szén elemben két elektród van: az egyik cink, a másik grafit szén. A saját „alapvető változata” az egyik elektród, ahelyett, hogy a grafit, áll mangán (IV) oxid, MnO 2 keverve grafit.
Mindkét elektród felületét elhasználják és a reakciók során keletkező szilárd anyagok fedik le.
Forrás: Vezető, a Wikimedia Commonsból
Ezenkívül a homogén cinkfelülettel rendelkező ón helyett a cellatartó egy sor kompakt lemez (felső kép).
A központban az összes lemezt fekszik egy rudat MnO 2, a felső végén, amely egy szigetelő alátét kiáll, és jelzi a pozitív csatlakozó (katód) az akkumulátor.
Vegye figyelembe, hogy a tárcsákat porózus és fémréteg borítja; ez utóbbi egy vékony műanyag film is lehet.
A cella alapja a negatív terminál, ahol a cink oxidálja és felszabadítja az elektronokat; de ezeknek külső áramkörre van szükségük, hogy elérjék az akkumulátor tetejét, annak pozitív kivezetését.
A cink felülete nem sima, mint a Leclanché cellák esetében, hanem durva; vagyis sok pórusuk és nagy felületük van, ami növeli az akkumulátor aktivitását.
Alapvető elektrolitok
Az elemek formája és felépítése a típus és a kivitel szerint változik. Ugyanakkor az összes alkáli elem elektrolit-összetételének alapvető pH-értéke van, amelynek oka a NaOH vagy KOH hozzáadása a pépes keverékhez.
Valójában, ez a OH-ionok - azok, amelyek a reakciókban részt felelős a villamos energia által ezeket a tárgyakat.
Működés
Amikor az alkáli elem csatlakoztatva van a készülékhez és be van kapcsolva, a cink azonnal reagál az OH-val - a pasztából:
Zn (s) + 2OH - (aq) => Zn (OH) 2 (s) + 2e -
A cink oxidációja által felszabadult 2 elektron eljut a külső áramkörbe, ahol felelősek az eszköz elektronikus mechanizmusának beindításáért.
Ezután visszatérnek az akkumulátorhoz a pozitív csatlakozón (+), a katódon keresztül; vagyis áthaladnak az MnO 2 -gradiens elektródon. Mivel a tészta bizonyos nedvességtartalmú, a következő reakció zajlik:
2MnO 2 (s) + 2H 2 O (l) + 2e - => 2MnO (OH) (s) + 2OH - (aq)
Most az MnO 2 csökken, vagy megszerezi a Zn elektronjait. Ez az oka annak, hogy ez a terminál megfelel a katódnak, ahol történik a redukció.
Vegye figyelembe, hogy az OH - a ciklus végén regenerálódik a Zn oxidációjának újraindításához; más szóval, addig diffundálnak a paszta közepére, amíg ismét érintkezésbe nem kerülnek a porított cinkkel.
Hasonlóképpen, gáz-halmazállapotú termékek nem képződnek, mint ahogyan a szén-cink cellát, ahol NH 3 és H 2 keletkezik.
Elérkezik egy pont, ahol az elektróda teljes felületét Zn (OH) 2 és MnO (OH) szilárd részei fedik le, ezzel véget vetve az akkumulátor élettartama.
Ujratölthető elemek
A leírt alkáli elem nem újratölthető, tehát miután „lemerült”, nem lehet újra felhasználni. Ez nem igaz az újratölthető termékekre, amelyeket visszafordítható reakciók jellemeznek.
A termékek reaktánsokká történő visszaállításához elektromos áramot kell ellentétes irányba vezetni (nem az anódtól a katódig, hanem a katódtól az anódig).
Az újratölthető alkáli elem példája a NiMH. Egy NiOOH anódból áll, amely elektronokat veszít a nikkel-hidrid-katódhoz. Az akkumulátor használatakor lemerül, és innen származik a jól ismert "az akkumulátor töltése" kifejezés.
Így szükség szerint több százszor feltölthető; az időt azonban nem lehet teljesen megfordítani, és elérni az eredeti feltételeket (ami természetellenes).
Ezenkívül önkényes módon nem is tölthető újra: be kell tartani a gyártó ajánlásait.
Ez az oka annak, hogy előbb vagy utóbb ezek az elemek is elvesznek, és elveszítik hatékonyságukat. Ennek az az előnye, hogy nem gyorsan eldobható, kevésbé járul hozzá a szennyeződéshez.
Egyéb újratölthető elemek nikkel-kadmium és lítium elemek.
Alkalmazások
Forrás: Pxhere.
Az alkáli elemek néhány változata olyan kicsi, hogy órákban, távirányítókban, órákban, rádiókban, játékokban, számítógépekben, konzolokban, zseblámpákban stb. Használható. Mások nagyobb, mint egy Csillagok háborújának klónja.
Valójában ezek azok a piacon, amelyek túlsúlyban vannak az egyéb típusú elemekkel szemben (legalább otthoni használatra). Hosszabb ideig tartanak és több villamos energiát termelnek, mint a hagyományos Leclanché akkumulátorok.
Bár a cink-mangán elem nem tartalmaz mérgező anyagokat, más elemek, például a higanyelemek, vitát kezdenek a környezetre gyakorolt lehetséges hatásáról.
Másrészt az alkáli elemek nagyon széles hőmérsékleti tartományban működnek; Még 0 ° C alatt is képesek működni, tehát jó elektromos energiaforrás azoknak a készülékeknek, amelyeket jég vesz körül.
Irodalom
- Shiver és Atkins. (2008). Szervetlen kémia. (Negyedik kiadás). Mc Graw Hill.
- Whitten, Davis, Peck és Stanley. (2008). Kémia. (8. kiadás). CENGAGE Tanulás.
- Bobby. (2014. május 10.). További információ a legmegbízhatóbb alkáli elemekről. Helyreállítva: upsbatterycenter.com
- Duracell. (2018). Gyakran ismételt kérdések: tudomány. Helyreállítva: duracell.mx
- Boyer, Timothy. (2018. április 19.). Mi a különbség az alkáli és nem alkáli elemek között? Sciencing. Helyreállítva: sciencing.com
- Michael W. Davidson és a Floridai Állami Egyetem. (2018). Az alkáli-mangán akkumulátor. Helyreállítva: micro.magnet.fsu.edu