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Diverse Alkaline-Batterien

EIN Alkaline Batterie ist eine Quelle von elektrische Energie. Es ist ein Typ Batterie der seine Funktion dem elektrochemisch Reaktion zwischen Zinkpulver (Zn) in Form einer Paste (de Anode), und Mangandioxid (MnO₂) zusammen mit Graphit (das Kathode). wenn Elektrolyt verwendet die alkalisch Material Kaliumhydroxid (KOH), von dem es seinen Namen verdankt.^[1][2]

Die Alkalibatterie ist eine Art Einwegbatterie, die bis zu 3,5-mal mehr bietet^[2] Energie liefert dann die Zink-Kohlenstoff-Zelle. Dies liegt daran, dass die Zinkpulverpaste eine viel größere Zinkoberfläche aufweist als eine Zinkhülse, wie sie in einer Zink-Kohlenstoff-Zelle verwendet wird.^[3]

Umfang

Alkaline-Batterien finden beispielsweise Anwendung in Spielzeuge, Blitzlampen von Kameras und Mp3-Player.Die Alkalibatterie ist eine Batterie mit guter Leistung auch bei niedrigen Temperaturen. Diese Batterien haben eine hohe Speicherkapazität und eine lange Lebensdauer.

Umgebung

In der Vergangenheit enthielten diese Batterien Merkur und Cadmium um den Übergang von Zink und Wasser zu zu erleichtern Zinkoxid und Wasserstoff Zähler, aber heutzutage sind die Prozentsätze Schwermetalle zunehmend verkleinert und durch andere Stabilisatoren wie Wismut (korrekt immer noch ein Schwermetall, aber viel weniger giftig als Quecksilber), Aluminium und Kalzium^[3]

Die ökologische Belastung der Alkalibatterie wird hauptsächlich durch Mangandioxid, Zink und Stahl verursacht. Mangandioxid kommt hauptsächlich in Südafrika und der Ukraine vor. Zusammen sind diese Länder für 80 % der gesamten jährlichen Weltproduktion verantwortlich. Die größten Zink produzierenden Länder sind China, Peru und Australien. Etwa 60 % des Zinks auf der Erde werden derzeit verwendet und nur 25 % werden recycelt. Stahl wird 2020 in China produziert. In Europa ist Schweden der Hauptproduzent. Da Schweden in Europa liegt, wird der Transport von Stahl weniger belastend.

Operation

Die Kathode der Alkalibatterie steht in Kontakt mit dem Stahlbecher, der den charakteristischen „Punkt“ aufweist, der den Pluspol der Batterie anzeigt. Das Etikett um die Batterie herum ist nicht leitend und isoliert die Finger des Benutzers von der Kathode.
Der in die Paste eingelegte Anodenstift (Nagel) wird am Minuspol befestigt, den wir als flache Seite einer Batterie erkennen. Zwischen der Paste und der Bodenplatte befindet sich eine Dichtung mit einer kleinen Schwächung. Sollte die Batterie aufgrund von falscher Handhabung oder Fehlfunktion inneres Gas entwickeln, reißt die Dichtung, so dass der Druck in der Batterie nicht hoch genug ansteigen kann, um die Batterie zu explodieren. Dies kann dazu führen, dass eine Batterie ausläuft.

Beide Pole sind intern durch ein Trennpapier und einen unteren Isolator getrennt, um Kurzschlüsse zu vermeiden.^[4]

An der Anode findet eine chemische Reaktion statt. Es gibt Elektronen durch das neutrale Zink abgetreten und positiv Zinkionen werden gebildet. Das Zink geht rein Lösung aber die Elektronen bleiben zurück, was zu einem Überschuss an Elektronen führt und den negativen Pol erzeugt.^[5]

${displaystyle {ce {Zn 2OH- -> ZnO H2O 2e-}}}$

Das resultierende Zinkoxid wird manchmal auch „Weißzink“ genannt und ist der Grund dafür, dass die Batterie nicht wieder aufgeladen werden kann (siehe Kapitel „Wiederaufladbarkeit“).^[6]

An der Kathode findet auch eine chemische Reaktion statt. Hier sind die Elektronen aus der anderen Reaktion inbegriffen, wodurch diese Seite der Batterie zum Pluspol wird.

${displaystyle {ce {2MnO2 2H2O 2e- -> 2MnO(OH) 2OH-}}}$

Dies bildet eine Gesamtreaktion, die zur Gruppe der gehört Redoxreaktionen.

${Anzeigestil {ce {2MnO2 Zn H2O -> 2MnO(OH) ZnO}}}$^[3]

Wenn man nun die Anode mit der Kathode verbindet, a Elektronenfluss stammen. Der Elektrolyt dient dabei dazu, die Leitfähigkeit der Ionen zu fördern. Wenn also mehr Elektronen freigesetzt werden, gibt es auch einen größeren Strom; Um mehr Elektronen abzugeben, werden mehr Zinkatome benötigt, um eine Reaktion zu starten. Daher ist es wichtig, dass eine möglichst große Zinkoberfläche verwendet wird.

Wiederaufladefähigkeit

Alkaline-Batterien sind per Definition nicht wiederaufladbar. Dies liegt daran, dass im Inneren einer nicht wiederaufladbaren Batterie eine chemische Reaktion stattfindet, die nicht reversibel ist (siehe Kapitel „Betrieb“).

Das heißt, teilt man die Batterie in verschiedene Zustände ein, nämlich A (geladen), B (leer) und C (geladen), ergeben sich folgende Übergänge: Aus dem geladenen Zustand A wird durch die chemische Reaktion im Inneren der Batterie Energie zugeführt. Batterie. Sobald die Batterie „leer“ ist, gelangt man in den Zustand B, durch die chemische Reaktion im Inneren der Batterie haben sich die Stoffe gebildet und verhalten sich anders. Durch das Aufladen einer wiederaufladbaren Batterie könnte man von Zustand B wieder in Zustand A übergehen, aber da bei einer nicht wiederaufladbaren Batterie die Reaktion nicht reversibel ist, würde man durch das Aufladen der Batterie in einen 'unvollkommenen' Zustand A, den wir heute Zustand C nennen .

Durch Aufladen des Akkus wird versucht, die Reaktion umzukehren. Konkret beginnt das gelöste Zink beim Übergang vom Zustand B in den Zustand C zu verklumpen (Bildung von „Weißzink“). Das geronnene Zink reagiert weniger gut, wenn Sie den Akku wieder entladen möchten. Dies fällt auf, weil die Batterie jetzt weniger Spannung liefert. Wenn der chemische Prozess gezwungen wird, sich in C umzuwandeln, besteht ein hohes Risiko, dass die Batterie beschädigt wird, was zu Auslaufen oder Schlimmerem führt. Es werden Geräte zum Aufladen von Alkalibatterien angeboten und es ist auch bekannt, dass dies bei einigen Menschen erfolgreich war, jedoch unter der Bedingung, dass dies nur sehr selten (weniger als zehn Mal) geschieht. Dies ist gefährlich, mit Explosionsgefahr und wird vom Hersteller nicht empfohlen.

Sicherheit

Alkaline-Batterien sind unter normalen Bedingungen sicher. Diese können eine Gefahr darstellen, wenn sie mechanisch beschädigt oder einem Feuer ausgesetzt werden. Allerdings muss die Batterie bereits auf über 150 °C erhitzt werden, bevor es zu einer Pause kommt.^[7]

Erschöpfte Alkalibatterien beginnen schließlich auszulaufen. Dies ist wichtig, wenn die Batterien neben anderen Batterien liegen, da diese diese beschädigen können. Das Leck liegt daran, dass beim Entladen Wasserstoffgas in der Batterie entsteht, das den Druck erhöht. Sobald dieser Druck zu groß ist, tritt Kaliumhydroxid aus der Batterie aus. Kaliumhydroxid reagiert mit atmosphärischem Kohlendioxid zu Kaliumcarbonatkristallen. Dadurch oxidiert die Batterie. Wenn diese auslaufenden Batterien mit anderen, noch verwendbaren Batterien zusammengelegt werden, können sie diese dauerhaft beschädigen.

Recycling

Alkaline-Batterien können recycelt werden. Zink, Stahl und Mangan, aber auch Kunststoffe, Papier und Messingpartikel^[8] kann in vielen Anwendungen wiederverwendet werden. Das Zink wird beispielsweise für Dächer, Fenster und Rohre verwendet, die chemischen Produkte für die Galvanikindustrie oder Schlacke aus dem Material für den Straßenbau.^[9]

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