Pile alcaline

La batterie alcaline utilise un hydroxyde de potassium comme électrolyte pour produire de l'énergie

Qu'est-ce qu'une batterie alcaline?

Ongle Pile alcaline C'est une batterie qui obtient son énergie à partir de la réaction d'oxydation chimique entre le zinc (cathode) et le dioxyde de manganèse (anode) et comme électrolyte utilise un hydroxyde de potassium. Le médium est basique, il est donc appelé "alcalin".

C'est la principale différence entre cette pile et bien d'autres, où ses électrolytes sont des acides, comme c'est le cas avec les batteries en zinc-carbone qui utilisent des sels NH₄CL, ou même l'acide sulfurique concentré dans les batteries de voiture.

Il s'agit également d'une batterie sèche, car les électrolytes de base se présentent sous la forme de pâtes avec un faible pourcentage d'humidité, mais suffisant pour permettre une migration des ions participant aux réactions chimiques aux électrodes, et donc compléter le circuit électronique.

Plus la pile est grande, plus sa vie et sa capacité de travail sont grandes (surtout si elles sont destinées aux artefacts qui consomment beaucoup d'énergie). Pour les petits artefacts, vous avez les batteries AA et AAA.

Une autre différence, en dehors du pH de sa composition électrolytique, est que, rechargeable ou non, ils durent généralement plus longtemps que les batteries acides.

Composants de la batterie alcaline

Dans la batterie de zinc-carbone, il y a deux électrodes: un zinc et l'autre carbone graphique. Dans sa "version de base", l'une des électrodes, au lieu de graphite, se compose d'oxyde de manganèse (IV), le mien₂, mélangé avec du graphite.

La surface des deux électrodes est consommée et recouverte des solides résultant des réactions.

Intérieur d'une batterie alcaline. Source: Wikimedia Commons

De plus, au lieu d'une boîte avec une surface de zinc homogène comme un récipient cellulaire, il existe une série de disques compacts (image supérieure).

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Au centre de tous les disques se trouve une canne MNO₂, à l'extrémité supérieure duquel une laveuse isolante se dresse et marque le terminal positif (cathode) de la pile.

Les disques sont recouverts d'une couche poreuse et métallique, ce dernier pourrait également être un film plastique mince.

La base de la batterie constitue la borne négative, où le zinc oxyde et libère des électrons. Mais ceux-ci ont besoin d'un circuit externe pour atteindre le haut de la batterie, son terminal positif.

La surface du zinc n'est pas lisse, comme c'est le cas avec les cellules de Leclanché, mais rugueux. C'est-à-dire qu'ils présentent de nombreux pores et une grande zone superficielle qui augmentent l'activité de la batterie.

Électrolytes de base

La forme et la structure des piles changent en fonction du type et de la conception. Cependant, toutes les batteries alcalines ont en commun un pH de base de leur composition électrolytique, qui est due à l'ajout de NaOH ou KOH au mélange pâteux.

En fait, oh ions sont^- Ceux qui participent aux réactions responsables de l'électricité apportée par ces objets.

Comment fonctionne une batterie alcaline?

Lorsque la batterie alcaline s'est connectée à l'artefact et s'allume, le zinc réagit immédiatement avec l'OH^- des pâtes:

Zn (S) + 2OH^-(AC) => Zn (OH)₂(s) + 2e^-

Les 2 électrons libérés par l'oxydation du zinc se rendent au circuit externe, où ils sont responsables de donner le mécanisme électronique de l'artefact.

Ensuite, ils reviennent à la batterie à travers la borne positive (+), la cathode, c'est-à-dire qu'ils parcourent l'électrode MNO₂-graphite. Comme les pâtes ont une certaine humidité, la réaction suivante a lieu:

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2mn₂(s) + 2h₂Ou (l) + 2e^- => 2mn (oh) (s) + 2oh^-(AC)

Maintenant le MNO₂ Les électrons Zn sont réduits ou gagnés. C'est pour cette raison que ce terminal correspond à la cathode, où la réduction se produit.

OH^- Il est régénéré à la fin du cycle pour commencer l'oxydation du Zn. En d'autres termes, ils se sont propagés au milieu des pâtes jusqu'à ce qu'ils reviennent en contact avec le zinc en poudre.

De même, les produits gazeux sont formés, comme c'est le cas avec le tas de zinc-carbone, où NH est généré₃ et h₂.

Un point arrivera où toute la surface de l'électrode sera recouverte de Zn (OH) Solids₂ et MNO (OH), terminant la durée de vie utile de la pile.

Piles rechargeables

La batterie alcaline décrite n'est pas rechargeable, donc une fois "mort", il n'y a aucun moyen de l'utiliser à nouveau. Ceci est différent avec le rechargeable, qui se caractérise par des réactions réversibles.

Pour inverser les produits en réactifs, un courant électrique doit être appliqué dans la direction opposée (pas de l'anode à la cathode, mais de la cathode à l'anode).

Un exemple de batterie alcaline rechargeable est le NIMH. Il s'agit d'une anode Niooh, qui perd des électrons qui vont à la cathode d'hydrure de nickel. Lorsque la batterie est utilisée, et c'est là que la phrase connue "charge la batterie".

Ainsi, il peut être rechargé des centaines de fois, si nécessaire. Cependant, le temps ne peut pas être complètement inversé et atteint les conditions d'origine (qui seraient non naturelles).

De même, il ne peut pas être rechargé de manière arbitraire: les directives recommandées par le fabricant doivent être suivies.

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C'est pourquoi tôt ou tard, ces batteries périssent et perdent également leur efficacité. Cependant, il présente l'avantage de ne pas être rapidement disponible, contribuant moins à la pollution.

Les autres batteries rechargeables sont celles du nickel-cadmium et du lithium.

Utilisations des batteries alcalines

- Certaines variantes de batteries alcalines sont si petites qu'elles peuvent être utilisées dans les montres, les télécommandes, les montres, les radios, les jouets, les ordinateurs, les consoles, les lampes de poche, etc. 

- Sur le marché sont ceux qui prédominent sur d'autres types de batteries (au moins pour les usages domestiques). Ils durent plus longtemps et produisent plus d'électricité que les tas conventionnels de Leclanché.

- Ils fonctionnent très bien dans une large gamme de températures, ils peuvent même travailler en dessous de 0 ° C, ils sont donc une bonne source d'énergie électrique pour ces artefacts surévalués de la glace.

Bien que la batterie zinc-manganaise ne contienne pas de substances toxiques, d'autres batteries, par exemple celles du mercure, ouvrent un débat sur leur éventuel impact sur l'environnement.

Les références

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley (2008). Chimie. Cengage Learning.
2. Questions fréquemment: science. Récupéré de Duracell.mx
3. Quelle est la différence entre les batteries alcalines et non alcalines? Récupéré de la science.com
4. La batterie alcaline-manganaise. Micro récupéré.Aimant.FSU.Édu