Batteria alcalina

La batteria alcalina utilizza l'idrossido di potassio come elettrolita per produrre energia

Cos'è una batteria alcalina?

UN Batteria alcalina È una batteria che ottiene la sua energia dalla reazione di ossidazione chimica tra zinco (catodo) e biossido di manganese (anodo) e come elettrolita utilizza idrossido di potassio. Il mezzo è di base, quindi si chiama "alcalino".

Questa è la differenza principale tra questa pila e molti altri, in cui i suoi elettroliti sono acidi, come nel caso delle batterie a zinco-carbonio che utilizzano sali NH₄Cl, o persino acido solforico concentrato nelle batterie per auto.

È anche una batteria secca, poiché gli elettroliti di base sono sotto forma di pasta con una bassa percentuale di umidità, ma sufficienti per consentire una migrazione degli ioni che partecipano alle reazioni chimiche agli elettrodi e quindi completare il circuito elettronico.

Maggiore è la pila, maggiore è la sua vita e la capacità di lavoro (specialmente se sono destinati a artefatti che consumano molta energia). Per i piccoli manufatti, hai le batterie AA e AAA.

Un'altra differenza, a parte il pH della sua composizione elettrolitica, è che, ricaricabile o no, di solito durano più a lungo delle batterie acide.

Componenti della batteria alcalina

Nella batteria di zinco-carbonio, ci sono due elettrodi: uno zinco e l'altro carbonio grafico. Nella sua "versione di base" uno degli elettrodi, anziché di grafite, è costituito da ossido di manganese (IV), il mio₂, miscelato con grafite.

La superficie di entrambi gli elettrodi viene consumata e rivestita con i solidi risultanti dalle reazioni.

Interno di una batteria alcalina. Fonte: Wikimedia Commons

Inoltre, invece di una lattina con la superficie di zinco omogenea come contenitore cellulare, esiste una serie di dischi compatti (immagine superiore).

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Al centro di tutti i dischi si trova una canna MNO₂, alla cui estremità superiore si trova una lavatrice isolante e segna il terminale positivo (catodo) dello stack.

I dischi sono coperti da uno strato poroso e in metallo, quest'ultimo potrebbe anche essere un sottile pellicola di plastica.

La base della batteria costituisce il terminale negativo, in cui lo zinco si ossida e rilascia elettroni. Ma questi hanno bisogno di un circuito esterno per raggiungere la parte superiore della batteria, il suo terminale positivo.

La superficie di zinco non è liscia, come nel caso delle cellule di Leclanché, ma ruvida. Cioè, presentano molti pori e una grande area superficiale che aumentano l'attività della batteria.

Elettroliti di base

La forma e la struttura delle batterie cambiano in base al tipo e al design. Tuttavia, tutte le batterie alcaline hanno in comune un pH di base della loro composizione elettrolitica, dovuta all'aggiunta di NaOH o KOH alla miscela pastosa.

In realtà, oh ioni lo sono^- Coloro che partecipano alle reazioni responsabili dell'elettricità fornite da questi oggetti.

Come funziona una batteria alcalina?

Quando la batteria alcalina si è collegata con l'artefatto e si accende, lo zinco reagisce immediatamente con l'OH^- della pasta:

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

I 2 elettroni rilasciati dall'ossidazione dello zinco viaggiano sul circuito esterno, dove sono responsabili di dare il meccanismo elettronico del manufatto.

Quindi, tornano alla batteria attraverso il terminale positivo (+), il catodo, cioè viaggiano nell'elettrodo MNO₂-grafite. Poiché la pasta ha una certa umidità, avviene la seguente reazione:

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2mn₂(s) + 2h₂O (l) + 2e^- => 2mn (OH) (s) + 2OH^-(AC)

Ora il MNO₂ Gli elettroni Zn sono ridotti o vinti. È per questo motivo che questo terminale corrisponde al catodo, che è dove si verifica la riduzione.

OH^- Viene rigenerato alla fine del ciclo per iniziare l'ossidazione della Zn. In altre parole, si sono diffusi nel mezzo della pasta fino a quando non vengono di nuovo in contatto con lo zinco in polvere.

Allo stesso modo, si formano prodotti gassosi, come nel caso della pila di zinco-carbonio, dove viene generato NH₃ e h₂.

Arriverà un punto in cui l'intera superficie dell'elettrodo sarà coperta dai solidi Zn (OH)₂ e Mno (OH), terminando la vita utile dello stack.

Batterie ricaricabili

La batteria alcalina descritta non è ricaricabile, quindi una volta "morta" non c'è modo di usarla di nuovo. Questo è diverso con il ricaricabile, che è caratterizzato da reazioni reversibili.

Per invertire i prodotti ai reagenti, una corrente elettrica deve essere applicata nella direzione opposta (non dall'anodo al catodo, ma dal catodo all'anodo).

Un esempio di una batteria alcalina ricaricabile è la NIMH. Questo consiste in un anodo Niooh, che perde elettroni che vanno al catodo idruro di nichel. Quando viene utilizzata la batteria, ed è qui che arriva la frase nota "Carica la batteria".

Pertanto, può essere ricaricato centinaia di volte, come necessario. Tuttavia, il tempo non può essere completamente invertito e raggiunto le condizioni originali (che sarebbero innaturali).

Allo stesso modo, non può essere ricaricato in modo arbitrario: le linee guida raccomandate dal produttore devono essere seguite.

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Ecco perché prima o poi queste batterie perfono e perdono la loro efficacia. Tuttavia, presenta il vantaggio di non essere rapidamente usa e getta, contribuendo meno all'inquinamento.

Altre batterie ricaricabili sono quelle di nichel-cadmio e litio.

Usi di batterie alcaline

- Alcune varianti di batterie alcaline sono così piccole da poter essere utilizzate in orologi, telecomando, orologi, radio, giocattoli, computer, console, torce, ecc. 

- Nel mercato sono questi che predominano su altri tipi di batterie (almeno per usi domestici). Durano più a lungo e generano più elettricità rispetto alle pile convenzionali di Leclanché.

- Funzionano molto bene in un ampio intervallo di temperatura, possono anche funzionare al di sotto di 0 ° C, quindi sono una buona fonte di energia elettrica per quei artefatti messi in giro per il ghiaccio.

Mentre la batteria di zinco-manganese non contiene sostanze tossiche, altre batterie, ad esempio quelle di mercurio, aprono un dibattito sul loro possibile impatto sull'ambiente.

Riferimenti

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley (2008). Chimica. Apprendimento del Cengage.
2. Spesso domande: scienza. Recuperato da Duracell.MX
3. Qual è la differenza tra batterie alcaline e non alcoline? Recuperato dallo scientifico.com
4. La batteria alcalina-manganese. Micro recuperato.Magnete.FSU.Edu