Typer av batterier, egenskaper och reaktioner

På marknaden kan du få annorlunda Typer av batterier med hennes karakteristik egen. Batterierna, som inte är mer än voltaiska celler, ger konsumenten fördelen med att ta med någon plats (förutsatt att förhållandena inte är drastiska).

Generellt sett kan batterier köpas isolerade; Men de är också knutna till varandra i serie eller parallella, vars uppsättning är vad de kallar batterier. Och så ibland används termerna "batterier" och "batterier" vanligtvis oskärpligt, även om de inte är desamma.

Alkaliska batterier: En av de mest kända typerna av batterier

Batterierna kan ha otaliga färger, former och storlekar, som kan göras av annat material. Dessutom, och ännu viktigare, deras inre struktur, där kemiska reaktioner som genererar elektricitet utvecklas, tjänar till att skilja dem från varandra.

Till exempel visas tre alkaliska batterier, ett av de vanligaste i den övre bilden. Termen alkalisk hänvisar till det faktum att mediet där frisättningen och flödet av elektroner inträffar är grundläggande; det vill säga det har ett pH större än 7 och OH -anjonerna dominerar^- och andra negativa avgifter.

[TOC]

Pilasklassificering

Innan du adresserar några av de olika typerna av batterier är det nödvändigt att veta att dessa klassificeras globalt som primär eller sekundär.

- Primärbatterier

Primära batterier är de som en gång konsumerat, måste kasseras eller återvinnas, eftersom den kemiska reaktionen som den elektriska strömmen upprätthålls är irreversibel. Därför kan dessa inte laddas.

De används främst i applikationer där det är opraktiskt att ladda elektrisk energi; till exempel på militära apparater, mitt på slagfältet. De är också designade för utrustning som konsumerar lite energi, så att de håller längre; Till exempel fjärrkontroller eller bärbara konsoler (Gameboy, Tetris och Tamagotchi).

Alkaliska batterier, för att citera ett annat exempel, tillhör också den primära typen. De har vanligtvis cylindriska former, även om detta inte innebär att cylindriska batterier inte kan vara sekundära eller laddningsbara.

- Sekundära batterier

Till skillnad från primära batterier kan sekundära de laddas när de har slut på energi.

Detta beror på att de kemiska reaktionerna som inträffar inom dem är reversibla, och därför, efter applicering av en viss spänning, får det att produktarten blir reagens igen, att starta reaktionen igen.

Vissa sekundära batterier (kallas batterier) är vanligtvis små, liksom primära; De tilldelas emellertid enheter som konsumerar mer energi och för vilka användningen av primära batterier skulle vara ekonomiskt och energiskt. Till exempel innehåller mobiltelefonbatterier sekundära batterier.

Sekundära batterier är också designade för stor utrustning eller kretsar; Till exempel bilbatterier, som består av flera batterier eller voltaicceller.

De är vanligtvis dyrare än primära batterier och batterier, men för långvarig användning blir de ett mer lämpligt och effektivt alternativ.

- Andra aspekter

Batterierna klassificeras antingen i primär eller sekundär; Men kommersiellt eller populärt klassificeras de vanligtvis enligt formen (cylindrisk, rektangulär knapp), till den enhet som är avsedd (kameror, fordon, kalkylatorer), till deras namn (AA, AAA, C, D, N, A23, etc. .) Och till dess IEC- och ANSI -koder.

Det kan tjäna dig: pyridin: struktur, egenskaper, användningar, toxicitet, syntes

Egenskaper som dess spänning (1,2 till 12 volt), såväl som deras livslängd och priser, ansvarar för att ge en viss klassificering i konsumentens ögon.

Höglista

- Kol-zinkbatterier

Zink-kolbatteriillustration

Kolzinkbatterier (även kända som Leclanché eller Salinas Pilas-celler) är en av de mest primitiva och anses för närvarande nästan nedlagda framför andra batterier; Speciellt framför de alkaliska batterierna, som även om de är lite dyrare, har de en livstid och stora spänningar.

Som namnet antyder består dess elektroder av en burk zink och en grafitstång, motsvarande anoden respektive katod.

I den första elektroden har anoden sitt ursprung i elektronerna genom oxidation av den metalliska zink. Dessa elektroner reser sedan en extern krets som matar enheten med elektricitet och sedan slutar i grafitkatoden, där cykeln är klar när mangansdioxiden reduceras där den är nedsänkt.

Reaktioner

De kemiska ekvationerna för reaktionerna som förekommer i elektroderna är:

Zn (s) → Zn²⁺(AC) + 2E^-    (Anod)

2 mno₂(s) + 2e^- + 2 NH₄Cl (AC) → MN₂ANTINGEN₃(S) + 2 NH₃(Ac) + h₂Eller (l) + 2 cl^- (AC) (katod)

Dessa batterier liknar det alkaliska: båda är cylindriska (som bildens). Kolzinkbatterier kan emellertid särskiljas om de egenskaper som är märkta utomlands läses i detalj, eller om din IEC-kod föregås av bokstaven R. Dess spänning är 1,5 V.

- Alkalisk batterier

Alkaliska batterier är mycket lik de av kol-zink-typen, med skillnaden att mediet där elektroderna innehåller OH-anjoner^-. Detta medium består av starka elektrolyter av kaliumhydroxid, KOH, som bidrar med OH^- som deltar och "samarbeta" i migrationen av elektroner.

Den finns i olika storlekar och spänningar, även om det vanligaste är 1,5V. De är kanske de mest kända batterierna på marknaden (Duracell, till exempel).

De reaktioner som förekommer i deras elektroder är:

Zn (S) + 2OH^-(aq) → ZnO (s) + h₂Eller (l) + 2e^-  (Anod)

2mn₂(s) + h₂Eller (l) + 2e^- → MN₂ANTINGEN₃(S) + 2OH^-(aq) (katod)

När temperaturen ökar inträffar reaktionerna snabbare och snabbare släpps batterierna. Intressant nog sprangs populära rykten för att sätta dem i frysen för att öka sin vardagstid; Men vid kylning kan innehållet drabbas av möjliga stelningar som ger ytterligare defekter eller risker med sig.

Kvicksilver

Troligt kvicksilverbatteri, som kan förväxlas med silveroxidbatteriet. Källa: Multicherry [CC0].

Kvicksilverbatterier är mycket karakteristiska på grund av deras speciella skam av silverknappar (överlägsen bild). Nästan alla skulle känna igen dem vid första anblicken. De är också alkaliska, men deras katod innehåller, utöver grafit- och mangansdioxid, kvicksilveroxid, hgo; Vilket, efter att ha minskat, blir metalliskt kvicksilver:

Zn (S) + 2OH^-(AC) → ZnO (S) + H₂Eller (l) + 2e^-

Hgo (s) + h₂O + 2e^- → Hg (S) + 2OH^-

Kan tjäna dig: magnesiumoxid: struktur, egenskaper, nomenklatur, användning

Observera hur i dessa cellreaktioner konsumeras och regenereras OH -anjonerna^-.

Som små batterier är det avsett för små artefakter, till exempel klockor, kalkylatorer, leksakskontroller, etc. Vem har använt något av dessa objekt kommer att ha märkt att det inte är nödvändigt att byta batterier för nästan en "evighet"; Vilket skulle vara 10 år, ungefär.

Silveroxid

Silveroxidbatterier. Källa: Lukas A, CZE [Public Domain].

Huvuddefekten för kvicksilverbatterier är att när de kasseras representerar de ett allvarligt problem för miljön, på grund av de toxiska egenskaperna hos nämnda metall. Kanske saknar detta IEC- och ANSI -koder saknar. För silveroxidbatterier föregås dess IEC -kod av bokstaven S.

En av ersättarna för kvicksilverbatterier motsvarar den hos silveroxid, mycket dyrare, men av mindre ekologisk påverkan (överlägsen bild). I början innehöll de kvicksilver för att skydda zink från alkalisk korrosion.

Det är tillgängligt med en spänning på 1,5V, och dess applikationer liknar mycket på kvicksilver pila. I själva verket ser båda batterierna vid första anblicken identiska ut; Även om det kan finnas mycket större silveroxidbatterier.

Reaktionerna i deras elektroder är:

Zn (S) + 2OH^-(AC) → Zn (OH)₂(S) + 2 E^-

Ag₂Eller (S) + 2H⁺(AC) + 2E^- → 2ag (s) + h₂Eller (l)

Vatten lider därefter elektrolys och sönderdelas på hjoner⁺ och åh^-.

Observera att istället för kvicksilver bildas den i metallsilverkatoden.

- Nickel-Cadmium pilas (NICAD)

NICD. Källa: Lordider [CC0].

Från denna punkt övervägs sekundära batterier eller batterier. Liksom kvicksilver är nickel-kadmiumbatterier skadliga för miljön (för fauna och hälsa) av kadmiummetall.

De kännetecknas av att generera höga elektriska strömmar och ett stort antal gånger kan laddas. Faktum är att 2000 gånger kan laddas, vilket är lika med extraordinär hållbarhet.

Dess elektroder består av nickeloxidhydroxid, barn (OH), för katoden och metalliskt kadmium för anoden. Den kemiska grunden förblir i huvudsak densamma: kadmium (istället för zink) förlorar elektroner, och kadmium nio (OH) vinner dem.

De halvmåliga reaktionerna är:

CD (S) + 2OH^-(AC) → CD (OH)₂(s) + 2e^-

2NIO (OH) (S) + 2H₂Eller (l) + 2e^- → 2ni (OH)₂(S) + oh^-(Ac)

Åh anjoner^-, Återigen kommer de från KOH -elektrolyten. NICAD -batterier, sedan, genererar nickel- och kadmiummetallhydroxider.

De används individuellt eller kopplas i paket (som gul, överlägsen bild). De kommer då i stora eller små paket. De små hittar användning i leksaker; Men de stora, är avsedda för flygplan och elektriska fordon.

- Nickel-Hydro Metallic Pilas (NI-HM)

Ni-hm-batterier. Källa: Ramsh ng av Flickr (https: // www.Flickr.com/foton/rameshng/5645036051)

Ett annat välkänt batteri eller batteri, och som överstiger NICAD: s i energikapacitet, är Ni-HM (nickel och metallhydrid). Det kan komma i cylindriskt format (konventionella batterier, överlägsen bild) eller kopplas i ett batteri.

Kemiskt presenterar nästan samma egenskaper som NICAD -batterier, med huvudskillnaden baserad i dess negativa elektrod: katoden är inte kadmium, utan av en intermetallisk legering av sällsynta jordar och övergångsmetaller.

Kan tjäna dig: roterande torktumlare: drift, vad är det för, delar, applikationer

Denna legering är ansvarig för att absorbera väte som bildas under belastningen, generera en komplex metallhydrid (därmed bokstaven H i dess namn).

Medan Ni-HM-batterier ger mer energi (cirka 40% mer), är dyrare, bär de snabbare och kan inte laddas om samma antal gånger som Nicad-batterier; det vill säga de har en lägre livstid. De saknar emellertid minneseffekten (förlust av batteriets prestanda genom att inte vara helt urladdad).

Det är av denna anledning som de inte bör användas i maskiner som arbetar på lång sikt; Även om detta problem har packats med LSD-NIHM-batterierna. Likaså har Ni-HM-batterier eller batterier mycket stabila termiska egenskaper, vilket kan användas i ett brett spektrum av temperaturer utan att representera en risk.

Reaktioner

De reaktioner som förekommer i deras elektroder är:

Ni (OH)₂(S)+ oh^-(ac) ⇌ nio (OH) (s) + h₂Eller (l) + e^-

H₂Eller (l) + m (s) + e^- ⇌ Åh^-(AC)+ MH (S)

- Jonbatterier

Litiumjonbatteri på en bärbar dator. Källa: Kristoferb från Wikipedia.

I batterierna och litiumbatterierna är de baserade på migrationen av lijonerna⁺, som överförs från anoden till katoden, produkt av elektrostatiska avstötningar med den växande positiva laddningen.

Vissa kan ladda, till exempel bärbara batterier (överlägsen bild), och andra, cylindriska och rektangulära (smidiga₂, Lisocl₂ eller limousin₂) Nej.

Jon-litterbatterier kännetecknas av att vara mycket lätta och energi, vilket gör att de kan användas i många elektroniska enheter, till exempel smartphones och medicinsk utrustning. De lider också knappt av minneseffekten, deras lastdensitet överstiger de för NICAD och NI-HM-batterier och batterier och försenar mer i nedladdning.

De är emellertid mycket känsliga för höga temperaturer, till och med exploderande; Och dessutom är de vanligtvis dyrare framför andra batterier.  Trots detta ses litiumbatterier med goda ögon, och många konsumenter kvalificerar dem som de bästa.

- Syra blybatterier

Typiskt Carf Car Battery Battery. Källa: TNTFLASH [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenser/BY-SA/3.0)]

Och slutligen innehåller syra blybakterier, som namnet antyder, inte OH -joner^- men h⁺; specifikt en koncentrerad lösning av svavelsyra. Voltaiska celler finns i sina lådor (övre bild), där tre eller sex av dem kan kopplas i serie, vilket ger ett batteri på 6 respektive 12 V.

Det kan generera stora mängder elektrisk laddning, och eftersom de är mycket tunga är de avsedda för applikationer eller enheter som inte kan transporteras manuellt; Till exempel bilar, solpaneler och ubåtar. Detta sura batteri är det äldsta och är fortfarande i kraft inom bilindustrin.

Dina elektroder är gjorda av bly: PBO₂ För katod och svampig metallisk bly för anod. De reaktioner som förekommer i dem är:

Pb (s) +hso^-₄(aq) → PBSO₄(s) +h⁺(aq) + 2e^-

Pbo₂(s) +hso^-₄(aq) + 3h⁺(aq) + 2e^- → PBSO₄(S) + 2H₂Eller (l)

Referenser

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemi. (8: e upplagan.). Cengage Learning.
2. Odunlade Emmanuel. (24 juli 2018). Olika typer av batterier och apparater. Kretslopp. Återhämtat sig från: CircuitDigest.com
3. Prba. (s.F.). Typer av batterier. Återhämtat sig från: prba.org
4. Isidor Buchman. (2019). Vad är det bästa batteriet? Batteriets universitet. Hämtad från: BatteryUniversity.com
5. McGraw-Hill-företagen. (2007). Kapitel 12: Batterier. [Pdf]. Återhämtat sig från: Oakton.Edu
6. Shapley Patricia. (2012). Vanliga batteryper. University of Illinois. Återhämtad från: butan.Kem.Uiuc.Edu
7. Ekologisk attityd. (22 januari 2017). Typer av batterier: Komplett guide med batterier och batterier som finns. Hämtad från: Eccological.com