و البطارية القلوية هي البطارية التي الرقم الهيدروجيني للتكوين بالكهرباء لها هي الأساسية. هذا هو الفرق الرئيسي بين هذه البطارية والعديد من البطاريات الأخرى حيث تكون إلكتروليتاتها حمضية ؛ كما هو الحال مع بطاريات الزنك والكربون التي تستخدم أملاح NH 4 Cl ، أو حتى حمض الكبريتيك المركز في بطاريات السيارات.
وهي أيضًا خلية جافة ، لأن الإلكتروليتات الأساسية تكون على شكل عجينة ذات نسبة منخفضة من الرطوبة ؛ لكنها كافية للسماح بهجرة الأيونات المشاركة في التفاعلات الكيميائية نحو الأقطاب الكهربائية ، وبالتالي إكمال دائرة الإلكترون.
المصدر: مايك موزارت عبر فليكر.
في الصورة أعلاه بطارية Duracell 9V ، وهي واحدة من أفضل الأمثلة المعروفة للبطاريات القلوية. كلما زادت البطارية ، زاد عمرها الافتراضي وقدرتها على العمل (خاصة إذا كانت تستخدم للأجهزة كثيفة الاستهلاك للطاقة). للأجهزة الصغيرة ، لديك بطاريات AA و AAA.
هناك اختلاف آخر بصرف النظر عن الرقم الهيدروجيني لتكوين الإلكتروليت الخاص بهم ، وهو أنه ، سواء أكان قابلاً لإعادة الشحن أم لا ، فإنه يستمر عمومًا لفترة أطول من البطاريات الحمضية.
مكونات البطارية القلوية
يوجد في بطارية الزنك والكربون قطبان: أحدهما من الزنك والآخر من الكربون الغرافيتي. في "نسخته الأساسية" ، يتكون أحد الأقطاب الكهربائية بدلاً من الجرافيت ، من أكسيد المنغنيز (IV) ، MnO 2 ممزوجًا بالجرافيت.
يتم استهلاك سطح كلا القطبين وتغطيته بالمواد الصلبة الناتجة عن التفاعلات.
المصدر: صاحب الرصاص ، من ويكيميديا كومنز
أيضًا ، بدلاً من القصدير بسطح الزنك المتجانس مثل حاوية الخلية ، هناك سلسلة من الأقراص المضغوطة (الصورة العلوية).
يوجد في وسط جميع الأقراص قضيب من MnO 2 ، وفي نهايته العلوية تبرز غسالة عازلة وتضع علامة على الطرف الموجب (الكاثود) للبطارية.
لاحظ أن الأقراص مغطاة بطبقة مسامية وطبقة معدنية ؛ يمكن أن يكون الأخير أيضًا عبارة عن فيلم بلاستيكي رفيع.
قاعدة الخلية هي الطرف السالب ، حيث يؤكسد الزنك ويطلق الإلكترونات ؛ لكن هذه تحتاج إلى دائرة خارجية للوصول إلى الجزء العلوي من البطارية ، طرفها الموجب.
سطح الزنك ليس أملسًا ، كما هو الحال مع خلايا Leclanché ، ولكنه خشن ؛ أي أن لديهم العديد من المسام ومساحة سطح كبيرة تزيد من نشاط البطارية.
الشوارد الأساسية
يتغير شكل وهيكل البطاريات حسب النوع والتصميم. ومع ذلك ، فإن جميع البطاريات القلوية تشترك في درجة حموضة أساسية لتكوين الإلكتروليت الخاص بها ، والذي يرجع إلى إضافة هيدروكسيد الصوديوم أو KOH إلى خليط الفطائر.
في الواقع ، إنها أيونات OH - تلك التي تشارك في التفاعلات المسؤولة عن الطاقة الكهربائية التي توفرها هذه الأجسام.
تسيير
عند توصيل البطارية القلوية بالجهاز وتشغيلها ، يتفاعل الزنك فورًا مع OH - من العجينة:
Zn (s) + 2OH - (aq) => Zn (OH) 2 (s) + 2e -
ينتقل الإلكترونان المنطلقان من أكسدة الزنك إلى الدائرة الخارجية ، حيث يكونان مسؤولين عن بدء الآلية الإلكترونية للجهاز.
ثم يعودون إلى البطارية من خلال الطرف الموجب (+) ، الكاثود ؛ أي أنها تنتقل عبر قطب MnO 2 - الجرافيت. نظرًا لأن المعكرونة تحتوي على رطوبة معينة ، يحدث التفاعل التالي:
2MnO 2 (s) + 2H 2 O (l) + 2e - => 2MnO (OH) (s) + 2OH - (aq)
الآن يتم تقليل MnO 2 أو اكتساب إلكترونات Zn. ولهذا السبب تتوافق هذه المحطة مع الكاثود ، حيث يحدث الاختزال.
لاحظ أن OH - يتجدد في نهاية الدورة لإعادة أكسدة الزنك ؛ بمعنى آخر ، تنتشر في منتصف المعجون حتى تتلامس مرة أخرى مع مسحوق الزنك.
وبالمثل ، لا تتشكل المنتجات الغازية ، كما يحدث مع خلية كربون الزنك حيث يتم توليد NH 3 و H 2.
ستأتي نقطة يتم فيها تغطية سطح القطب بالكامل بالمواد الصلبة من Zn (OH) 2 و MnO (OH) ، مما ينهي العمر الإنتاجي للبطارية.
بطاريات قابلة للشحن
البطارية القلوية الموصوفة غير قابلة لإعادة الشحن ، لذلك بمجرد أن "نفد" لا توجد طريقة لاستخدامها مرة أخرى. هذا ليس هو الحال مع تلك القابلة لإعادة الشحن ، والتي تتميز بردود فعل عكسية.
لإعادة المنتجات إلى المواد المتفاعلة ، يجب تطبيق تيار كهربائي في الاتجاه المعاكس (ليس من القطب الموجب إلى الكاثود ، ولكن من الكاثود إلى الأنود).
مثال على بطارية قلوية قابلة لإعادة الشحن هي NiMH. يتكون من أنود NiOOH ، الذي يفقد الإلكترونات إلى كاثود هيدريد النيكل. عند استخدام البطارية يتم تفريغ شحنتها ، ومن هنا تأتي عبارة "شحن البطارية" المعروفة.
وبالتالي ، يمكن إعادة شحنها مئات المرات حسب الحاجة ؛ ومع ذلك ، لا يمكن عكس الوقت تمامًا والوصول إلى الظروف الأصلية (والتي ستكون غير طبيعية).
أيضًا ، لا يمكن إعادة شحنها بطريقة عشوائية: يجب اتباع إرشادات الشركة المصنعة الموصى بها.
هذا هو السبب في أن هذه البطاريات ستهلك أيضًا عاجلاً أم آجلاً وتفقد فعاليتها. ومع ذلك ، فإنه يتميز بعدم إمكانية التخلص منه بسرعة ، مما يساهم بشكل أقل في التلوث.
البطاريات الأخرى القابلة لإعادة الشحن هي بطاريات النيكل والكادميوم والليثيوم.
التطبيقات
المصدر: Pxhere.
بعض أنواع البطاريات القلوية صغيرة جدًا بحيث يمكن استخدامها في الساعات وأجهزة التحكم عن بعد والساعات وأجهزة الراديو ولعب الأطفال وأجهزة الكمبيوتر ووحدات التحكم والمصابيح الكهربائية وما إلى ذلك. البعض الآخر أكبر من تمثال من استنساخ حرب النجوم.
في الواقع ، هذه هي تلك الموجودة في السوق التي تسود على أنواع البطاريات الأخرى (على الأقل للاستخدام المنزلي). تدوم لفترة أطول وتولد كهرباء أكثر من بطاريات Leclanché التقليدية.
على الرغم من أن بطارية الزنك والمنغنيز لا تحتوي على مواد سامة ، فإن البطاريات الأخرى ، مثل بطاريات الزئبق ، تفتح نقاشًا حول تأثيرها المحتمل على البيئة.
من ناحية أخرى ، تعمل البطاريات القلوية جيدًا في نطاق واسع من درجات الحرارة ؛ يمكن أن تعمل حتى في درجة حرارة أقل من 0 درجة مئوية ، لذا فهي مصدر جيد للطاقة الكهربائية لتلك الأجهزة التي يحيط بها الجليد.
المراجع
- رجفة وأتكينز. (2008). الكيمياء غير العضوية. (طبعة رابعة). ماك جراو هيل.
- ويتن ، ديفيس ، بيك وستانلي. (2008). كيمياء. (الطبعة الثامنة). سينجاج ليرنينج.
- بوبي. (10 مايو 2014). تعرف على المزيد حول البطاريات القلوية التي يمكن الاعتماد عليها. تم الاسترجاع من: upsbatterycenter.com
- دوراسيل. (2018). الأسئلة المتداولة: العلم. تم الاسترجاع من: duracell.mx
- بوير ، تيموثي. (19 أبريل 2018). ما هو الفرق بين البطاريات القلوية وغير القلوية؟ علم. تم الاسترجاع من: sciencing.com
- مايكل دبليو ديفيدسون وجامعة ولاية فلوريدا. (2018). بطارية المنغنيز القلوية. تم الاسترجاع من: micro.magnet.fsu.edu