סוללת אלקליין היא סוללה שבה pH של הרכב אלקטרוליט שלה הוא בסיסי. זה ההבדל העיקרי בין סוללה זו לרבות אחרות בהן האלקטרוליטים שלה חומציים; כפי שקורה לסוללות פחמן-אבץ המשתמשות במלחי NH 4 Cl, או אפילו חומצה גופרתית מרוכזת בסוללות רכב.
זהו גם תא יבש, שכן האלקטרוליטים הבסיסיים הם בצורת משחה עם אחוז לחות נמוך; אבל מספיק כדי לאפשר נדידה של היונים המשתתפים בתגובות הכימיות כלפי האלקטרודות, וכך להשלים את מעגל האלקטרונים.
מקור: מייק מוצרט דרך פליקר.
בתמונה למעלה סוללת Duracell 9V, אחת הדוגמאות הידועות ביותר לסוללות אלקליות. ככל שהמצבר גדול יותר, כך קיבולת חייו ויכולת עבודתו ארוכה יותר (במיוחד אם הם משמשים למכשירים עתירי אנרגיה). עבור מכשירים קטנים יש לך סוללות AA ו- AAA.
הבדל נוסף מלבד ה- pH של הרכב האלקטרוליטים שלהם הוא שנטען או לא, הם בדרך כלל מחזיקים מעמד זמן רב יותר מאשר סוללות חומצה.
רכיבי סוללה אלקליין
בסוללת האבץ-פחמן ישנם שני אלקטרודות: האחת של אבץ, והשנייה מפחמן גרפי. ב"גרסת הבסיס "שלה אחת האלקטרודות במקום להיות גרפיט, מורכבת מתחמוצת מנגן (IV), MnO 2 מעורבבת בגרפיט.
המשטח של שתי האלקטרודות נצרך ומכוסה על ידי המוצקים הנובעים מהתגובות.
מקור: מחזיק מוביל, מתוך ויקימדיה
כמו כן, במקום פח עם משטח אבץ הומוגני כמכל התא, יש סדרה של דיסקים קומפקטיים (תמונה עליונה).
במרכז כל הדיסקים שוכן מוט של MnO 2 שבקצהו העליון בולט מכונת כביסה מבודדת ומסמן את המסוף החיובי (הקתודה) של הסוללה.
שימו לב כי הדיסקים מכוסים בשכבה נקבובית ומתכת; האחרון יכול להיות גם סרט פלסטי דק.
בסיס התא הוא הטרמינל השלילי, שם האבץ מתחמצן ומשחרר את האלקטרונים; אך אלה זקוקים למעגל חיצוני בכדי להגיע לראש הסוללה, למסוף החיובי שלו.
פני השטח של האבץ אינם חלקים, כמו שקורה לתאי Leclanché, אך מחוספסים; כלומר יש להם נקבוביות רבות ושטח פנים גדול המגדילים את פעילות הסוללה.
אלקטרוליטים בסיסיים
הצורה והמבנה של הסוללות משתנים בהתאם לסוג ולעיצוב. עם זאת, לכל הסוללות האלקליין משותף יש pH בסיסי בהרכב האלקטרוליטים שלהן, וזה נובע מהתוספת של NaOH או KOH לתערובת הקציצה.
למעשה הם יוני OH - אלה שמשתתפים בתגובות האחראיות לאנרגיה החשמלית שמספקים חפצים אלה.
תִפקוּד
כאשר הסוללה האלקלית מחוברת למכשיר והופעלת, האבץ מגיב מייד עם OH - מהעיסה:
Zn (s) + 2OH - (aq) => Zn (OH) 2 (s) + 2e -
שני האלקטרונים המשתחררים על ידי חמצון האבץ נודדים למעגל החיצוני, שם הם אחראים על הפעלת המנגנון האלקטרוני של המכשיר.
ואז הם חוזרים לסוללה דרך המסוף החיובי (+), הקתודה; כלומר הם עוברים דרך האלקטרודה MnO 2 -גרפיט. מכיוון שלפסטה יש לחות מסוימת, התגובה הבאה מתרחשת:
2MnO 2 (s) + 2H 2 O (l) + 2e - => 2MnO (OH) (s) + 2OH - (aq)
עכשיו ה- MnO 2 מצטמצם או משיג את האלקטרונים של ה- Zn. מסיבה זו מסוף זה תואם את הקתודה, ושם מתרחשת ההפחתה.
הערה כי OH - נוצר מחדש בסוף המחזור להפעיל מחדש את החמצון של Zn; במילים אחרות, הם מתפזרים באמצע העיסה עד שהם באים במגע שוב עם אבץ האבקה.
כמו כן, לא נוצרים מוצרים גזים, כמו שקורה בתא הפחמן האבץ בו נוצרים NH 3 ו- H 2 .
תגיע נקודה בה כל פני האלקטרודה יכוסו על ידי המוצקים של Zn (OH) 2 ו- MnO (OH), שיסיימו את אורך השימוש הסוללה.
סוללות נטענות
הסוללה האלקליין שתוארה אינה נטענת, כך שברגע שהיא "מתה" אין דרך להשתמש בה שוב. זה לא המקרה עם נטענות, המאופיינות בתגובות הפיכות.
כדי להחזיר את התוצרים לתגובות, יש להחיל זרם חשמלי בכיוון ההפוך (לא מאנודה לקתודה, אלא מקתודה לאנודה).
דוגמה לסוללה אלקליין נטענת היא NiMH. זה מורכב מאנודה NiOOH, שמאבדת אלקטרונים לקתודה של הניקל ההידרידי. כאשר משתמשים בסוללה היא פורקת, וכאן בא הביטוי הידוע "להטעין את הסוללה".
כך ניתן לטעון אותו מאות פעמים לפי הצורך; עם זאת, לא ניתן להפוך את הזמן לחלוטין ולהגיע לתנאים המקוריים (שיהיו לא טבעיים).
כמו כן, לא ניתן לטעון אותו באופן שרירותי: יש להקפיד על ההנחיות המומלצות של היצרן.
זו הסיבה שמוקדם או במאוחר סוללות אלה גם הן נעלמות ומאבדות את יעילותן. עם זאת, יש לה את היתרון בכך שלא יהיה חד פעמי במהירות, ותורם פחות לזיהום.
סוללות נטענות אחרות הן סוללות ניקל-קדמיום וליתיום.
יישומים
מקור: Pxhere.
כמה גרסאות של סוללות אלקליות כל כך קטנות שניתן להשתמש בהן בשעונים, שלט רחוק, שעונים, מכשירי קשר, צעצועים, מחשבים, קונסולות, פנסים וכו '. אחרים גדולים מפסלון של שיבוט מלחמת הכוכבים.
לאמיתו של דבר, אלה הם אלה הקיימים בשוק השולטים על סוגים אחרים של סוללות (לפחות לשימוש ביתי). הם מחזיקים מעמד זמן רב יותר ומייצרים יותר חשמל מאשר סוללות Leclanché רגילות.
למרות שסוללת האבץ-מנגן אינה מכילה חומרים רעילים, סוללות אחרות, כמו סוללות כספית, פותחות דיון על השפעתן האפשרית על הסביבה.
מצד שני, סוללות אלקליות פועלות טוב מאוד בטווח רחב של טמפרטורות; הם יכולים אפילו לעבוד מתחת ל 0 מעלות צלזיוס, ולכן הם מהווים מקור טוב לאנרגיה חשמלית עבור מכשירים המוקפים קרח.
הפניות
- שיבר ואטקינס. (2008). כימיה אורגנית. (גרסה רביעית). מק גריי היל.
- וויטן, דייויס, פק וסטנלי. (2008). כִּימִיָה. (מהדורה 8). לימוד CENGAGE.
- בובי. (10 במאי 2014). למידע נוסף על סוללות אלקליין מהימנות ביותר. התאושש מ: upsbatterycenter.com
- דורסל. (2018). שאלות נפוצות: מדע. התאושש מ: duracell.mx
- בויר, טימותי. (19 באפריל 2018). מה ההבדל בין סוללות אלקליות ללא סוללות? מדע. התאושש מ: sciencing.com
- מייקל וו. דוידסון ואוניברסיטת פלורידה. (2018). הסוללה האלקליין-מנגנית. התאושש מ: micro.magnet.fsu.edu