סוגי סוללות, מאפיינים ותגובות - כִּימִיָה - 2025

בשוק אתה יכול להשיג סוגים שונים של סוללות עם מאפיינים משלהם. מצברים, שהם לא יותר מאשר תאים וולטיים, מספקים לצרכנים את היתרון של לקחת איתם חשמל לכל מקום (כל עוד התנאים אינם דרסטיים).

בדרך כלל ניתן לרכוש סוללות מבודדות; אבל, הם מושגים גם יחד זה עם זה בסדרה או במקביל, שהתפאורה שלהם היא מה שהם מכנים סוללות. וכך יוצא שלפעמים משתמשים במונחים 'סוללות' ו'מצברים 'ללא הבחנה, גם כאשר הם אינם זהים.

סוללות אלקליות: אחד הסוגים המצוירים ביותר בסוללות. מקור: Pexels.

ערימות יכולות להגיע באינספור צבעים, צורות וגדלים, ממש כמו שהם יכולים להיות עשויים מחומרים אחרים. כמו כן, וחשוב מכך, המבנה הפנימי שלה, בו התגובות הכימיות המייצרות חשמל, משמש להבדיל זה מזה.

לדוגמה, התמונה שלמעלה מציגה שלוש סוללות אלקליין, אחת הנפוצות ביותר. המונח אלקליין מתייחס לעובדה כי המדיום בו מתרחש שחרור וזרימת אלקטרונים הוא בסיסי; כלומר, יש לו pH הגבוה מ 7 ו- OH ^- אניונים ושאר מטענים שליליים שולטים .

דירוג כללי

לפני שמתייחסים לכמה סוגים שונים של סוללות בחוץ, יש לדעת כי אלה מסווגים באופן גלובלי כראשוניים או משניים.

יְסוֹדִי

סוללות ראשוניות הן אלו אשר לאחר הצריכה, יש למחוק אותן או למחזר אותה, מכיוון שהתגובה הכימית עליה מבוסס הזרם החשמלי אינה הפיכה. לכן אי אפשר לטעון אותם מחדש.

הם משמשים בעיקר ביישומים שבהם לא מעשי להטעין אנרגיה חשמלית; כמו במכשירים צבאיים, באמצע שדה הקרב. כמו כן, הם מיועדים לציוד המשתמש במעט אנרגיה, כך שיימשך זמן רב יותר; לדוגמה, שלט רחוק או קונסולות ניידות (כגון Gameboy, Tetris ו- Tamagotchi).

סוללות אלקליות, אם נזכיר דוגמא נוספת, שייכות גם לסוג הראשוני. בדרך כלל יש להם צורות גליליות, אם כי אין פירוש הדבר שסוללות גליליות אינן יכולות להיות משניות או נטענות.

בתי ספר תיכוניים

שלא כמו סוללות ראשוניות, ניתן לטעון מחדש סוללות משניות לאחר שנגמר להם הכוח.

הסיבה לכך היא שהתגובות הכימיות המתרחשות בתוכם הן הפיכות, ולכן, לאחר הפעלת מתח מסוים, גורמות למין המוצר להיות מגיב שוב, וכך מתחילה התגובה מחדש.

חלק מהתאים המשניים (המכונים סוללות) הם בדרך כלל קטנים, כמו התאים הראשוניים; עם זאת, הם מיועדים להתקנים הצורכים יותר אנרגיה ושימוש בהם בסוללות ראשוניות יהיה בלתי מעשי מבחינה כלכלית ואנרגטית. לדוגמה, סוללות טלפון סלולרי מכילות תאים משניים.

כמו כן, תאים משניים מיועדים לציוד או למעגלים גדולים; לדוגמה, מצברים לרכב, המורכבים מכמה מצברים או תאים וולטיים.

בדרך כלל הם יקרים יותר מתאים וסוללות ראשוניות, אך לשימוש לטווח ארוך הם בסופו של דבר מהווים אפשרות מתאימה ויעילה יותר.

היבטים אחרים

ערימות מסווגות כמרכזיות או משניות; אך באופן מסחרי או פופולרי, הם בדרך כלל מסווגים לפי צורתם (גלילית, מלבנית, סוג כפתור), המכשיר המיועד (מצלמות, כלי רכב, מחשבונים), שמם (AA, AAA, C, D, N, A23, וכו '). ), וקודי ה- IEC ו- ANSI שלהם.

כמו כן, מאפיינים כמו המתח שלהם (1.2 עד 12 וולט), כמו גם אורך חיי השימוש והמחירים שלהם, אחראים להעניק להם סיווג מסוים בעיני הצרכן.

רשימת סוגי סוללות

-פחמן-אבץ

סוללות פחמן-אבץ (הידועות גם בשם תאי Leclanché או סוללות מלח) הן מהפרימיטיביות ביותר, ונחשבות כיום כמעט ללא שימוש בהשוואה לסוללות אחרות; במיוחד בהשוואה לסוללות אלקליות שלמרות שהן מעט יקרות יותר, יש להן אורך חיים ומתחים ארוכים יותר.

כפי ששמו מרמז, האלקטרודות שלה מורכבות מפחית אבץ ומוט גרפיט, המתאימים לאנודה ולקתודה בהתאמה.

באלקטרודה הראשונה, האנודה, מקורם של אלקטרונים על ידי חמצון של אבץ מתכתי. אלקטרונים אלה עוברים אז מעגל חיצוני המזין את המכשיר באנרגיה חשמלית ואז הם מגיעים לקטודה הגרפיטית, שם מסתיים המחזור על ידי הקטנת דו תחמוצת המנגן בה הוא שקוע.

תגובות

המשוואות הכימיות לתגובות שמתרחשות באלקטרודות הן:

Zn (ים) → Zn ²⁺ (ac) + 2e ^- (אנודה)

2 MnO ₂ (s) + 2e ^- + 2 NH ₄ Cl (aq) → Mn ₂ O ₃ (s) + 2 NH ₃ (aq) + H ₂ O (l) + 2 Cl ^- (aq) (קתודה)

סוללות אלה דומות מאוד לסוללות אלקליין: שתיהן גליליות (כמו זו שבתמונה). עם זאת, ניתן להבחין בסוללות אבץ-פחמן אם קוראים בפירוט את המאפיינים המסומנים מבחוץ, או אם קוד האות R מקודם להם על ידי האות R. המתח שלהם הוא 1.5 וולט.

-בְּסִיסִי

סוללות אלקליין הן מאוד דומות לסוג פחמן-האבץ, עם ההבדל כי המדיום שבו אלקטרודות ממוקמים מכיל OH ^- אניונים . מדיום זה מורכב מאלקטרוליטים חזקים של אשלגן הידרוקסיד, KOH, התורם את ה- OH ^- שמשתתפים ו"משתפים פעולה "בהגירת האלקטרונים.

זה מגיע בגדלים ומתחים שונים, אם כי הנפוץ ביותר הוא 1.5 וולט. אלה אולי הסוללות הידועות ביותר בשוק (דורסל למשל).

התגובות שמתרחשות באלקטרודות שלך הן:

Zn (s) + 2OH ^- (aq) → ZnO (s) + H ₂ O (l) + 2e ^- (Anode)

2MnO ₂ (s) + H ₂ O (l) + 2e ^- → Mn ₂ O ₃ (s) + 2OH ^- (aq) (קתודה)

ככל שהטמפרטורה עולה, כך התגובות מתרחשות ומהירות יותר סוללות הסוללות. מעניין, שמועות פופולריות התפשטו כדי להכניס אותם למקפיא כדי להגדיל את אורך חייהם; עם זאת, כאשר מקורר, תוכנו עשוי לעבור התמצקות אפשרית העלולה להוביל לפגמים או סיכונים הבאים.

כַּספִּית

סוללת כספית ככל הנראה, אותה ניתן לבלבל עם סוללת תחמוצת הכסף. מקור: Multicherry.

סוללות כספית אופייניות מאוד בזכות צורתן המוזרה של כפתורי הכסף (תמונה למעלה). כמעט כולם יכירו אותם במבט ראשון. הם גם אלקליין, אך הקתודה שלהם כוללת בנוסף גרפיט דו תחמוצת מנגן, תחמוצת כספית, HgO; אשר לאחר הפחתתו, הופך לכספית מתכית:

Zn (s) + 2OH ^- (aq) → ZnO (s) + H ₂ O (l) + 2e ^-

HgO (s) + H ₂ O + 2e ^- → Hg (s) + 2OH ^-

שים לב איך OH ^- האניונים נצרכו וליצור מחדש בתגובות התא הללו .

בהיותו סוללות קטנות, הוא מיועד למכשירים קטנים, כמו שעונים, מחשבונים, בקרות צעצועים וכו '. מי שהשתמש באחד מהאובייקטים הללו, יבין כי אין צורך להחליף סוללות כמעט ל"נצח "; שיהיו שקולות לעשר שנים בערך.

תחמוצת כסף

סוללות תחמוצת כסף. מקור: לוקאס א ', צ'י

הפגם העיקרי בסוללות כספית הוא שכאשר הם מושלכים הם מהווים בעיה רצינית לסביבה, בגלל המאפיינים הרעילים של מתכת זו. אולי זו הסיבה שחסרים לה קודי חברת חשמל ו- ANSI. לגבי סוללות תחמוצת כסף, קוד ה- IEC שלהן קדם לאות S.

אחד התחליפים לסוללות כספית מתאים לסוללת תחמוצת הכסף, יקרה בהרבה, אך עם פחות השפעה אקולוגית (תמונה עליונה). הם הכילו במקור כספית כדי להגן על אבץ מפני קורוזיה אלקליין.

הוא זמין עם מתח של 1.5 וולט, והיישומים שלו דומים מאוד לאלה של סוללת הכספית. למעשה, במבט ראשון שתי הסוללות נראות זהות; אם כי יתכנו ערימות תחמוצת כסף גדולות בהרבה.

התגובות באלקטרודות שלה הן:

Zn (s) + 2OH ^- (aq) → Zn (OH) ₂ (s) + 2 e ^-

Ag ₂ O (s) + 2H ⁺ (aq) + 2e ^- → 2Ag (s) + H ₂ O (l)

המים ובהמשך עוברים אלקטרוליזה, המתפרקים H ⁺ ו OH ^- יונים .

שימו לב שבמקום הכספית נוצר כסף מתכתי על הקתודה.

ניקל-קדמיום (NiCad)

סוללת NiCd. מקור: LordOider.

מנקודה זו נחשבים התאים או הסוללות המשניים. בדומה לסוללות כספית, סוללות ניקל-קדמיום מזיקות לסביבה (למען חיות הבר ובריאות) בגלל הקדמיום המתכתי.

הם מאופיינים בייצור זרמים חשמליים גבוהים וניתן לטעון אותם מספר רב של פעמים. למעשה, ניתן לטעון אותם בסך הכל 2000 פעם, וזה שווה לעמידות יוצאת דופן.

האלקטרודות שלה מורכבות מ תחמוצת ניקל הידרוקסיד, NiO (OH), לקתודה, וקדמיום מתכתי לאנודה. הרציונל הכימי, במהותו, נשאר זהה: קדמיום (במקום אבץ) מאבד אלקטרונים, וקדמיום NiO (OH) משיג אותם.

התגובות של חצי התא הן:

Cd (ים) + 2OH ^- (aq) → Cd (OH) ₂ (s) + 2e ^-

2NiO (OH) (s) + 2H ₂ O (l) + 2e ^- → 2Ni (OH) ₂ (s) + OH ^- (aq)

ה- OH ^- האניונים , שוב, מגיעים מהאלקטרוליט של KOH. אם כן, סוללות NiCad מייצרות הידרוקסיד מתכות ניקל וקדמיום.

הם משמשים בנפרד או מצמידים בחבילות (כמו זו בצהוב, תמונה למעלה). אז הם מגיעים באריזות גדולות או קטנות. הקטנים מוצאים שימוש בצעצועים; אבל הגדולים משמשים לכלי טיס וכלי רכב חשמליים.

ניקל-מתכת הידריד (Ni-HM)

סוללות Ni-HM. מקור: ראמש NG מ- Flickr (https://www.flickr.com/photos/rameshng/5645036051)

תא או סוללה ידועים נוספים, העולים על NiCad ביכולות אנרגיה, הוא Ni-HM (ניקל ומתכת הידריד). זה יכול להגיע בתבנית גלילית (סוללות קונבנציונאליות, תמונה למעלה), או משולב בסוללה.

מבחינה כימית יש לו כמעט את אותם מאפיינים כמו סוללות NiCad, כאשר ההבדל העיקרי הוא האלקטרודה השלילית שלה: הקתודה אינה קדמיום, אלא סגסוגת אינטר-מטאלית של אדמות נדירות ומתכות מעבר.

סגסוגת זו אחראית לקליטת המימן שנוצר במהלך הטעינה, ליצירת הידריד מתכת מורכב (ומכאן האות H על שמה).

למרות שסוללות Ni-HM מספקות יותר כוח (כ -40% יותר), הן יקרות יותר, נשחקות במהירות רבה יותר ולא ניתן לטעון אותה מספר פעמים כמו סוללות NiCad; כלומר, יש להם חיים שימושיים קצרים יותר. עם זאת, הם חסרים את אפקט הזיכרון (אובדן הביצועים של סוללות בגלל אי ​​פריקה מלאה).

מסיבה זו אין להשתמש בהם במכונות העובדות לטווח ארוך; למרות שהבעיה הזו הקלה על סוללות LSD-NiHM. באופן דומה, לתאי Ni-HM או לסוללות מאפיינים תרמיים יציבים מאוד, והם פועלים במגוון רחב של טמפרטורות מבלי שייווצר סיכון.

תגובות

התגובות שמתרחשות באלקטרודות שלך הן:

Ni (OH) ₂ (s) + OH ^- (aq) ⇌ NiO (OH) (s) + H ₂ O (l) + e ^-

H ₂ O (l) + M (s) + e ^- ⇌ OH ^- (aq) + MH (s)

-יון-ליתיום

סוללת ליתיום-יון למחשב נייד. מקור: Kristoferb מוויקיפדיה.

בתאי ליתיום וסוללות הם מבוססים על נדידת יוני Li ⁺ , המועברים מהאנודה לקתודה, תוצר של דחיות אלקטרוסטטיות עקב המטען החיובי הגובר.

חלקם ניתנים לטעינה, כמו סוללות למחשבים ניידים (תמונה עליונה) ואחרות, סוללות גליליות ומלבניות (LiSO ₂ , LiSOCl ₂ או LiMnO ₂ ) אינן יכולות.

סוללות ליתיום-יון מתאפיינות בכך שהן קלילות ואנרגטיות מאוד, מה שמאפשר להשתמש בהן במכשירים אלקטרוניים רבים, כמו סמארטפונים וציוד רפואי. באופן דומה, הם כמעט ולא סובלים מאפקט הזיכרון, צפיפות המטען שלהם עולה על זו של תאי NiCad ו- Ni-HM וסוללות, והם לוקחים זמן רב יותר לפריקה.

עם זאת, הם רגישים מאוד לטמפרטורות גבוהות, אפילו מתפוצצים; ובנוסף, הם נוטים להיות יקרים יותר בהשוואה לסוללות אחרות. עדיין, סוללות ליתיום נחשבות לטובה בשוק, וצרכנים רבים מדרגים אותם כטובים ביותר.

עופרת חומצה

סוללת חומצה עופרת אופיינית לרכבים. מקור: Tntflash

ולבסוף, חיידקי חומצה עופרת, כשמו כן הוא, אינם מכילים OH ^- אלא יוני H ⁺ ; באופן ספציפי, תמיסה מרוכזת של חומצה גופרתית. התאים הוולטיים נמצאים בתוך התאים שלהם (תמונה עליונה), שם ניתן לחבר שלושה או שישה מהם בסדרות, ומעניקים סוללה של 6 או 12 וולט בהתאמה.

הוא מסוגל לייצר כמויות גדולות של מטען חשמלי, ומכיוון שהם כבדים מאוד, הם מיועדים ליישומים או מכשירים שלא ניתן להעביר אותם באופן ידני; למשל מכוניות, פאנלים סולאריים וצוללות. סוללת חומצה זו הינה הוותיקה ביותר והיא עדיין קיימת בתעשיית הרכב.

האלקטרודות שלה עשויות עופרת: PbO ₂ לקתודה, ומוליך מתכתי ספוגי לאנודה. התגובות שמתרחשות בהן הן:

Pb (ים) + HSO ^- ₄ (aq) → PbSO ₄ (s) + H ⁺ (aq) + 2e ^-

PbO ₂ (s) + HSO ^- ₄ (aq) + 3H ⁺ (aq) + 2e ^- → PbSO ₄ (s) + 2H ₂ O (l)

הפניות

1. וויטן, דייויס, פק וסטנלי. (2008). כִּימִיָה. (מהדורה 8). לימוד CENGAGE.
2. אודונלדה עמנואל. (24 ביולי 2018). סוללות מסוגים שונים ויישומיהם. עיגול מעגלים. התאושש מ: circuitdigest.com
3. מִבְחָן. (sf). סוגי סוללות. התאושש מ: prba.org
4. איזידור בוכמן. (2019). מה הסוללה הטובה ביותר? אוניברסיטת סוללות. התאושש מ: batteryuniversity.com
5. חברות מקגרו-היל. (2007). פרק 12: מצברים. . התאושש מ: oakton.edu
6. שאפלי פטרישיה. (2012). סוגי סוללות נפוצים. אוניברסיטת אילינוי. התאושש מ: butane.chem.uiuc.edu
7. גישה אקולוגית. (22 בינואר 2017). סוגי סוללות: מדריך מלא עם המצברים הקיימים. התאושש מ: actitudecologica.com