แบตเตอรี่อัลคาไลน์เป็นแบตเตอรี่ที่มีค่า pH ขององค์ประกอบของอิเล็กโทรไลเป็นพื้นฐาน นี่คือความแตกต่างหลักระหว่างแบตเตอรี่นี้กับแบตเตอรี่อื่น ๆ ที่อิเล็กโทรไลต์เป็นกรด เช่นเดียวกับแบตเตอรี่สังกะสีคาร์บอนที่ใช้เกลือ NH 4 Cl หรือแม้แต่กรดซัลฟิวริกเข้มข้นในแบตเตอรี่รถยนต์
นอกจากนี้ยังเป็นเซลล์แห้งเนื่องจากอิเล็กโทรไลต์พื้นฐานอยู่ในรูปแบบของแป้งที่มีความชื้นต่ำ แต่เพียงพอที่จะทำให้เกิดการอพยพของไอออนที่เข้าร่วมในปฏิกิริยาเคมีไปยังอิเล็กโทรดและทำให้วงจรอิเล็กตรอนสมบูรณ์
ที่มา: Mike Mozart ผ่าน Flickr
ภาพด้านบนคือแบตเตอรี่ Duracell 9V ซึ่งเป็นหนึ่งในตัวอย่างแบตเตอรี่อัลคาไลน์ที่รู้จักกันดี ยิ่งแบตเตอรี่มีขนาดใหญ่อายุการใช้งานและความสามารถในการทำงานยิ่งนานขึ้น (โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากใช้กับเครื่องใช้ที่ใช้พลังงานมาก) สำหรับเครื่องใช้ไฟฟ้าขนาดเล็กคุณมีแบตเตอรี่ AA และ AAA
ความแตกต่างอีกประการหนึ่งนอกเหนือจาก pH ขององค์ประกอบอิเล็กโทรไลต์คือชาร์จใหม่ได้หรือไม่โดยทั่วไปแล้วจะมีอายุการใช้งานนานกว่าแบตเตอรี่กรด
ส่วนประกอบแบตเตอรี่อัลคาไลน์
ในแบตเตอรี่สังกะสี - คาร์บอนมีอิเล็กโทรดสองขั้วคือสังกะสีตัวหนึ่งและอีกตัวเป็นกราไฟติกคาร์บอน ในอิเล็กโทรด "รุ่นพื้นฐาน" หนึ่งในอิเล็กโทรดแทนที่จะเป็นกราไฟต์ประกอบด้วยแมงกานีส (IV) ออกไซด์ MnO 2ผสมกับกราไฟต์
พื้นผิวของอิเล็กโทรดทั้งสองถูกใช้และปกคลุมด้วยของแข็งที่เกิดจากปฏิกิริยา
ที่มา: ผู้ถือตะกั่วจาก Wikimedia Commons
นอกจากนี้แทนที่จะใช้กระป๋องที่มีพื้นผิวสังกะสีที่เป็นเนื้อเดียวกันเป็นภาชนะบรรจุเซลล์จะมีชุดของคอมแพคดิสก์ (ภาพบนสุด)
ตรงกลางของดิสก์ทั้งหมดจะมีแท่งของ MnO 2ที่ปลายด้านบนซึ่งวงแหวนฉนวนยื่นออกมาและทำเครื่องหมายที่ขั้วบวก (แคโทด) ของแบตเตอรี่
โปรดทราบว่าแผ่นดิสก์ถูกปกคลุมด้วยชั้นที่มีรูพรุนและเป็นโลหะ หลังอาจเป็นฟิล์มพลาสติกบาง ๆ
ฐานของเซลล์คือขั้วลบที่สังกะสีออกซิไดซ์และปล่อยอิเล็กตรอน แต่สิ่งเหล่านี้ต้องการวงจรภายนอกเพื่อไปถึงด้านบนของแบตเตอรี่ซึ่งเป็นขั้วบวก
พื้นผิวของสังกะสีไม่เรียบเช่นเดียวกับเซลล์Leclanché แต่ขรุขระ นั่นคือพวกมันมีรูพรุนจำนวนมากและมีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่ที่เพิ่มกิจกรรมของแบตเตอรี่
อิเล็กโทรไลต์พื้นฐาน
รูปร่างและโครงสร้างของแบตเตอรี่เปลี่ยนแปลงไปตามประเภทและการออกแบบ อย่างไรก็ตามแบตเตอรี่อัลคาไลน์ทั้งหมดมีค่า pH พื้นฐานขององค์ประกอบอิเล็กโทรไลต์เหมือนกันซึ่งเกิดจากการเติม NaOH หรือ KOH ลงในส่วนผสมที่เป็นสีพาสเทล
จริงๆแล้วมันคือไอออนของ OH -ซึ่งมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาที่รับผิดชอบต่อพลังงานไฟฟ้าที่มาจากวัตถุเหล่านี้
ทำงาน
เมื่อเชื่อมต่อแบตเตอรี่อัลคาไลน์กับเครื่องใช้ไฟฟ้าและเปิดอยู่สังกะสีจะทำปฏิกิริยากับ OH ทันที-จากการวาง:
Zn (s) + 2OH - (aq) => Zn (OH) 2 (s) + 2e -
อิเล็กตรอน 2 ตัวที่ปล่อยออกมาจากการเกิดออกซิเดชันของสังกะสีจะเดินทางไปยังวงจรภายนอกซึ่งมีหน้าที่ในการเริ่มกลไกอิเล็กทรอนิกส์ของอุปกรณ์
จากนั้นกลับไปที่แบตเตอรี่ผ่านขั้วบวก (+) แคโทด นั่นคือพวกมันเดินทางผ่านขั้วไฟฟ้า MnO 2 -graphite เนื่องจากพาสต้ามีความชื้นอยู่จึงเกิดปฏิกิริยาต่อไปนี้:
2MnO 2 (s) + 2H 2 O (l) + 2e - => 2MnO (OH) (s) + 2OH - (aq)
ตอนนี้ MnO 2ลดลงหรือได้รับอิเล็กตรอนของ Zn ด้วยเหตุนี้เทอร์มินัลนี้จึงตรงกับแคโทดซึ่งเป็นจุดที่การลดลง
โปรดสังเกตว่า OH -ถูกสร้างขึ้นใหม่เมื่อสิ้นสุดรอบเพื่อเริ่มการเกิดออกซิเดชันของ Zn ใหม่ กล่าวอีกนัยหนึ่งก็คือพวกมันกระจายไปตรงกลางของแป้งจนกว่าจะสัมผัสกับสังกะสีผงอีกครั้ง
ในทำนองเดียวกันผลิตภัณฑ์ก๊าซจะไม่ได้เกิดขึ้นในขณะที่เกิดขึ้นกับเซลล์สังกะสีคาร์บอนที่ NH 3และ H 2จะมีการสร้าง
จะมีจุดหนึ่งที่พื้นผิวทั้งหมดของอิเล็กโทรดจะถูกปกคลุมด้วยของแข็งของ Zn (OH) 2และ MnO (OH) ซึ่งจะทำให้อายุการใช้งานของแบตเตอรี่สิ้นสุดลง
แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้
แบตเตอรี่อัลคาไลน์ที่อธิบายไว้ไม่สามารถชาร์จใหม่ได้ดังนั้นเมื่อ "ตาย" แล้วจะไม่มีวิธีใช้อีก กรณีนี้ไม่ได้เกิดขึ้นกับคนที่ชาร์จไฟได้ซึ่งมีลักษณะการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับได้
ในการเปลี่ยนผลิตภัณฑ์กลับเป็นสารตั้งต้นต้องใช้กระแสไฟฟ้าในทิศทางตรงกันข้าม (ไม่ใช่จากขั้วบวกเป็นขั้วลบ แต่เปลี่ยนจากขั้วลบเป็นขั้วบวก)
ตัวอย่างของแบตเตอรี่อัลคาไลน์แบบชาร์จได้คือ NiMH ประกอบด้วยแอโนด NiOOH ซึ่งสูญเสียอิเล็กตรอนไปยังแคโทดนิกเกิลไฮไดรด์ เมื่อใช้แบตเตอรี่แบตเตอรี่จะหมดและนี่คือที่มาของวลี "ชาร์จแบตเตอรี่" ที่รู้จักกันดี
ดังนั้นจึงสามารถชาร์จใหม่ได้หลายร้อยครั้งตามต้องการ อย่างไรก็ตามเวลาไม่สามารถย้อนกลับได้อย่างสมบูรณ์และถึงเงื่อนไขเดิม (ซึ่งจะผิดธรรมชาติ)
นอกจากนี้ไม่สามารถชาร์จใหม่ได้โดยพลการต้องปฏิบัติตามคำแนะนำที่แนะนำของผู้ผลิต
นั่นคือเหตุผลที่ไม่ช้าก็เร็วแบตเตอรี่เหล่านี้ก็พินาศและสูญเสียประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตามมีข้อดีคือไม่ทิ้งอย่างรวดเร็วทำให้เกิดการปนเปื้อนน้อยลง
แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟอื่น ๆ ได้แก่ แบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมและลิเธียม
การประยุกต์ใช้งาน
ที่มา: pxhere.
แบตเตอรี่อัลคาไลน์บางรุ่นมีขนาดเล็กมากจนสามารถใช้กับนาฬิการีโมทคอนโทรลนาฬิกาวิทยุของเล่นคอมพิวเตอร์คอนโซลไฟฉาย ฯลฯ ตัวอื่นมีขนาดใหญ่กว่าหุ่นจำลองของสตาร์วอร์สโคลน
ในความเป็นจริงสิ่งเหล่านี้เป็นสิ่งที่มีอยู่ในตลาดซึ่งมีอำนาจเหนือกว่าแบตเตอรี่ประเภทอื่น ๆ (อย่างน้อยก็สำหรับใช้ในบ้าน) ใช้งานได้นานกว่าและผลิตกระแสไฟฟ้าได้มากกว่าแบตเตอรี่Leclanchéทั่วไป
แม้ว่าแบตเตอรี่สังกะสีแมงกานีสจะไม่มีสารพิษ แต่แบตเตอรี่อื่น ๆ เช่นแบตเตอรี่ปรอทก็เปิดข้อถกเถียงเกี่ยวกับผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นต่อสิ่งแวดล้อม
ในทางกลับกันแบตเตอรี่อัลคาไลน์ทำงานได้ดีในอุณหภูมิที่หลากหลาย พวกเขาสามารถทำงานได้ต่ำกว่า 0 ° C ดังนั้นจึงเป็นแหล่งพลังงานไฟฟ้าที่ดีสำหรับเครื่องใช้ไฟฟ้าที่ล้อมรอบด้วยน้ำแข็ง
อ้างอิง
- ตัวสั่นและแอตกินส์ (2008) เคมีอนินทรีย์. (พิมพ์ครั้งที่สี่). Mc Graw Hill
- Whitten, Davis, Peck & Stanley (2008) เคมี. (ฉบับที่ 8) CENGAGE การเรียนรู้
- บ๊อบบี้. (10 พฤษภาคม 2557). เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับแบตเตอรี่อัลคาไลน์ที่เชื่อถือได้มากที่สุด สืบค้นจาก: upsbatterycenter.com
- Duracell. (2018) คำถามที่พบบ่อย: วิทยาศาสตร์. กู้คืนจาก: duracell.mx
- บอยเออร์ทิโมธี (19 เมษายน 2561). อะไรคือความแตกต่างระหว่างแบตเตอรี่อัลคาไลน์และแบตเตอรี่ที่ไม่ใช่อัลคาไลน์? Sciencing ดึงมาจาก: sciencing.com
- Michael W. Davidson และมหาวิทยาลัยแห่งรัฐฟลอริดา (2018) แบตเตอรี่อัลคาไลน์ - แมงกานีส กู้คืนจาก: micro.magnet.fsu.edu