ВРСТЕ, КАРАКТЕРИСТИКЕ И РЕАКЦИЈЕ БАТЕРИЈА - ХЕМИЈА - 2025

На тржишту можете добити различите врсте батерија са њиховим карактеристикама . Батерије, које нису ништа друго до волтајске ћелије, пружају потрошачима предност да понесу струју било где (све док услови нису драстични).

Батерије се углавном могу купити изоловане; али, они се такође постижу у спрези серијски или паралелно, чији је скуп тако назван батеријама. И зато се понекад изрази „батерије“ и „батерије“ употребљавају неселективно, чак и када нису исти.

Алкалне батерије: једна од најпопуларнијих врста батерија. Извор: Пекелс.

Комплети могу бити у небројеним бојама, облицима и величинама, баш као што могу бити и од других материјала. Исто тако, и што је још важније, његова унутрашња структура у којој се одвијају хемијске реакције које стварају електричну енергију служи да их разликује једна од друге.

На пример, слика изнад приказује три алкалне батерије, једну од најчешћих. Израз алкални односи се на чињеницу да је медијум у коме се појављује ослобађање и проток електрона основни; то јест, има пХ већи од 7, а превладавају ОХ ^- аниони и други негативни набоји .

Општи ранг

Пре него што се позабавите неким од различитих типова батерија, потребно је знати да су оне глобално класификоване као примарне или секундарне.

Примарна

Примарне батерије су оне које се једном потроше, морају се одбацити или рециклирати, јер су хемијске реакције на којима заснива електрична струја неповратне. Због тога се не могу напунити.

Користе се углавном у апликацијама где је непрактично напунити електричну енергију; као на пример у војним уређајима, на средини бојног поља. Исто тако, дизајнирани су за опрему која троши мало енергије, тако да дуже траје; на пример, даљински управљачи или преносиви конзоли (као што су Гамебои, Тетрис и Тамаготцхи).

Алкалне батерије, да наведемо још један пример, такође припадају примарном типу. Обично имају цилиндричне облике, мада то не значи да цилиндричне батерије не могу бити секундарне или пуњиве.

средње школе

За разлику од примарних батерија, секундарне батерије се могу пунити након што потроше више енергије.

То је зато што су хемијске реакције које се одвијају унутар њих реверзибилне и, након примене одређеног напона, производе производе поново постају реактивне, чиме се реакција поново покреће.

Неке секундарне ћелије (које се називају батерије) обично су мале, попут примарних; међутим, намењени су уређајима који троше више енергије и за које би употреба примарних батерија била економски и енергетски непрактична. На пример, батерије мобилног телефона садрже секундарне ћелије.

Такође, секундарне ћелије дизајниране су за велику опрему или склопове; на пример, аутомобилске батерије, које се састоје од више батерија или волтаичних ћелија.

Обично су скупље од примарних ћелија и батерија, али за дугорочну употребу на крају су погоднија и ефикаснија опција.

Други аспекти

Стапови су класификовани или као примарни или секундарни; али комерцијално или популарно их се класификује према њиховом облику (цилиндрични, правоугаони, типкани тастер), намењеном уређају (камере, возила, калкулатори), њиховим именима (АА, ААА, Ц, Д, Н, А23, итд.) ), и њихове ИЕЦ и АНСИ кодове.

Такође, карактеристике као што су њихов напон (1,2 до 12 волти), као и њихов корисни век и цене, одговорни су за добијање одређене класификације у очима потрошача.

Листа типова батерија

-Царбон-цинк

Угљен-цинкове батерије (познате и као Лецланцхе ћелије или физиолошке батерије) су једне од најпримитивнијих и тренутно се сматрају скоро неупотребљивим у поређењу с другим батеријама; посебно у поређењу са алкалним батеријама, које су иако скупље, имају дужи век и напоне.

Као што му име каже, његове електроде састоје се од лименке цинка и графитне шипке, које одговарају аноди и катоди.

У првој електроди, аноди, електрони настају оксидацијом металног цинка. Ти електрони тада пролазе кроз спољни круг који напаја уређај електричном енергијом, а затим завршавају на графитној катоди, где се циклус завршава смањењем мангановог диоксида у који је уроњен.

Реакције

Хемијске једначине за реакције које се догађају на електродама су:

Зн (с) → Зн ²⁺ (ац) + 2е ^- (Анода)

2 МнО ₂ (а) + 2е ^- + 2 НХ ₄ Цл (ак) → Мн ₂ О ₃ (с) + 2 НХ ₃ (ак) + Х ₂ О (л) + 2 Цл ^- (ак) (Катода)

Ове батерије су врло сличне алкалним батеријама: обе су цилиндричне (попут оне на слици). Међутим, угљен-цинк батерије могу се разликовати ако се карактеристике означене са спољашње стране детаљно прочитају или ако им ИЕЦ код претходи слово Р. Напон им је 1,5 В.

-Алкални

Алкалне батерије су врло сличне типу угљеник-цинк, с разликом што медијум на коме се налазе електроде садржи ОХ ^- анионе . Овај медијум се састоји од јаких електролита калијум хидроксида, КОХ, који доприносе ОХ ^- који учествују и „сарађују“ у миграцији електрона.

Долази у различитим величинама и напонима, мада је најчешћи 1.5В. Они су можда најпознатије батерије на тржишту (на пример Дурацелл).

Реакције које се јављају код ваших електрода су:

Зн (с) + 2ОХ ^- (ак) → ЗнО (с) + Х ₂ О (л) + 2е ^- (Аноде)

2МнО ₂ (с) + Х ₂ О (л) + 2е ^- → Мн ₂ О ₃ (с) + 2ОХ ^- (ак) (Катода)

Како се температура повећава, брже се одвијају реакције и брже се пражњење батерија. Занимљиво је да су се прошириле популарне гласине да их се стави у замрзивач да би им се повећао животни век; Међутим, када се охлади, његов садржај може подвргнути скрућивању што може довести до накнадних оштећења или ризика.

Меркур

Вероватна жива батерија, која се може мешати са батеријом сребрног оксида. Извор: Мултицхерри.

Меркуријеве батерије су врло карактеристичне због свог посебног облика сребрних дугмића (слика горе). Готово сви би их препознали на први поглед. Они су такође алкални, али њихова катода садржи, осим графита и мангановог диоксида, живин оксид, ХгО; која се након смањења трансформише у металну живу:

Зн (с) + 2ОХ ^- (ак) → ЗнО (с) + Х ₂ О (л) + 2е ^-

ХгО (с) + Х ₂ О + 2е ^- → Хг (а) + 2ОХ ^-

Имајте на уму како се ОХ ^- аниони троше и регенеришу у тим ћелијским реакцијама .

Будући да су мале батерије, намењен је малим уређајима, попут сатова, калкулатора, контрола играчака итд. Свако ко је користио било који од ових објеката схватиће да није неопходно мењати батерије готово "вечност"; што би било еквивалентно 10 година.

Сребрни оксид

Батерије из сребрног оксида. Извор: Лукас А, ЦЗЕ.

Главна мана живих батерија је што када се одбаце, представљају озбиљан проблем за околину, због токсичних карактеристика овог метала. Можда зато недостају ИЕЦ и АНСИ кодови. Код батерија са сребро-оксидом, њиховој ИЕЦ ознаци претходи слово С.

Једна од замјена за живе живе батерије је батерија сребрног оксида, много скупља, али са мање еколошког утицаја (горња слика). Првобитно су садржали живу за заштиту цинка од алкалне корозије.

Доступан је са напоном од 1,5 В, а примене су му врло сличне онима на живој батерији. У ствари, на први поглед обе батерије изгледају идентично; иако могу бити много веће гомиле сребро-оксида.

Реакције на његовим електродама су:

Зн (с) + 2ОХ ^- (ак) → Зн (ОХ) ₂ (с) + 2 е ^-

Аг ₂ О (с) + 2Х ⁺ (ак) + 2е ^- → 2Аг (с) + Х ₂ О (л)

Вода после тога подвргава електролизи, распадајући се на Х ⁺ и ОХ ^- јоне .

Имајте на уму да уместо живе, на катоди се формира метално сребро.

-Никал-кадмијум (НиЦад)

НиЦд батерија. Извор: ЛордОидер.

Од овог тренутка секундарне ћелије или батерије се разматрају. Као ни живе батерије, никл-кадмијумске батерије су штетне за животну средину (за дивље животиње и здравље) због металних кадмијума.

Карактерише их генерисање великих електричних струја и могу се пунити више пута. У ствари, могу се пунити укупно 2000 пута, што је једнако изузетној трајности.

Његове електроде састоје се од никлор-оксид хидроксида, НиО (ОХ) за катоду и металног кадмијума за аноду. Хемијска рационалност у основи остаје иста: кадмијум (уместо цинка) губи електроне, а кадмијум НиО (ОХ) их добија.

Реакције у полу-ћелијама су:

Цд (с) + 2ОХ ^- (ак) → Цд (ОХ) ₂ (с) + 2е ^-

2НиО (ОХ) (с) + 2Х ₂ О (л) + 2е ^- → 2Ни (ОХ) ₂ (с) + ОХ ^- (ак)

ОХ ^- аниони , опет, потичу из електролита КОХ. НиЦад батерије на крају стварају хидроксиде никла и кадмијума.

Користе се појединачно или у пакету (попут оног у жутој, слика изнад). Тако долазе у великим или малим паковањима. Мали малишани проналазе употребу у играчкама; али велики се користе за ваздухоплове и електрична возила.

-Ниткел-метал хидрид (Ни-ХМ)

Ни-ХМ батерије. Извор: Рамесх НГ из Флицкр-а (хттпс://ввв.флицкр.цом/пхотос/рамесхнг/5645036051)

Још једна добро позната ћелија или батерија, која премашује НиЦад у енергетским капацитетима, је Ни-ХМ (никл и метални хидрид). Може се испоручити у цилиндричном формату (конвенционалне батерије, слика горе) или се спајати у батерију.

Хемијски, има готово исте карактеристике као НиЦад батерије, а главна разлика је негативна електрода: катода није кадмијум, већ интерметална легура ретких земља и прелазних метала.

Ова легура је одговорна за апсорпцију водоника створеног током пуњења, стварајући сложен метални хидрид (отуда и слово Х у његовом називу).

Иако Ни-ХМ батерије дају већу снагу (отприлике 40% више), скупље су, брже се троше и не могу се пунити исто толико пута као НиЦад батерије; то јест, имају краћи век трајања. Међутим, недостаје им меморијски ефекат (губитак перформанси батерија због тога што нису у потпуности испражњени).

Из тог разлога се они не могу користити у машинама које раде дугорочно; иако је овај проблем ублажен помоћу ЛСД-НиХМ батерија. Исто тако, Ни-ХМ ћелије или батерије имају веома стабилне термичке карактеристике, могуће су радити у широком распону температура без представљања ризика.

Реакције

Реакције које се јављају код ваших електрода су:

Ни (ОХ) ₂ (с) + ОХ ^- (ак) ⇌ НиО (ОХ) (с) + Х ₂ О (л) + е ^-

Х ₂ О (л) + М (с) + е ^- ⇌ ОХ ^- (ак) + МХ (с)

-Литијум-литијум

Литијум-јонска батерија за лаптоп. Извор: Кристоферб из Википедије.

У литијумским ћелијама и батеријама они се заснивају на миграцији иона Ли ⁺ , који се преносе из аноде на катоду, производ електростатичких одбијања услед повећања позитивног набоја.

Неке се могу пунити, попут батерија за лаптоп (горња слика), а друге, цилиндричне и правоугаоне батерије (ЛиСО ₂ , ЛиСОЦл ₂ или ЛиМнО ₂ ) не могу.

За литијум-јонске батерије одликује се врло лаганом и енергичном, што омогућава њихову употребу у многим електронским уређајима, као што су паметни телефони и медицинска опрема. Исто тако, они тешко пате од ефекта меморије, њихова густина напуњености премашује ону НиЦад и Ни-ХМ ћелија и батерија, а потребно им је дуже да се испразне.

Међутим, врло су осетљиви на високе температуре, чак и експлодирају; и такође, имају тенденцију да буду скупље у односу на друге батерије. Ипак, литијумске батерије се на тржишту гледају повољно, а многи потрошачи их оцењују као најбоље.

-Киселино олово

Типична оловна батерија за аутомобиле. Извор: Тнтфласх

И коначно, бактерије оловне киселине, као што му име каже, не садрже ОХ ^- већ Х ⁺ јоне ; посебно концентровани раствор сумпорне киселине. Волтајске ћелије налазе се унутар њихових кутија (горња слика), где се три или шест од њих могу спајати у низу, што даје 6 или 12 В батерију, респективно.

Може да ствара велике количине електричне набоје, а пошто су веома тешке, намењене су апликацијама или уређајима који се не могу ручно превозити; на пример, аутомобили, соларни панели и подморнице. Ова кисела батерија је најстарија и још увек постоји у аутомобилској индустрији.

Његове електроде су израђене од олова: ПбО ₂ за катоду, а сунђерасти метални олово за аноду. Реакције које се дешавају у њима су:

Пб (с) + ХСО ^- ₄ (ак) → ПбСО ₄ (с) + Х ⁺ (ак) + 2е ^-

ПбО ₂ (с) + ХСО ^- ₄ (ак) + 3Х ⁺ (ак) + 2е ^- → ПбСО ₄ (с) + 2Х ₂ О (л)

Референце

1. Вхиттен, Давис, Пецк и Станлеи. (2008). Хемија. (8. изд.). ЦЕНГАГЕ Учење.
2. Одунладе Еммануел. (24. јула 2018.). Различите врсте батерија и њихове примјене. Цирцуит Дигест. Опоравак од: цирцуитдигест.цом
3. ТЕСТ. (сф) Врсте батерија. Опоравак од: прба.орг
4. Исидор Буцхман. (2019). Која је најбоља батерија? Универзитет Баттери. Опоравак од: баттериуниверсити.цом
5. Компаније МцГрав-Хилл. (2007). Поглавље 12: Батерије. . Опоравак од: оактон.еду
6. Схаплеи Патрициа. (2012). Уобичајени типови батерија. Универзитет Илиноис. Опоравак од: бутане.цхем.уиуц.еду
7. Еколошки став. (22. јануара 2017.). Врсте батерија: комплетан водич са постојећим батеријама. Опоравак од: ацтитудецологица.цом