The baterai alkaline adalah baterai di mana pH komposisi elektrolit adalah dasar. Inilah perbedaan utama antara baterai ini dan baterai lainnya di mana elektrolitnya bersifat asam; seperti halnya baterai seng-karbon yang menggunakan garam NH 4 Cl, atau bahkan asam sulfat pekat pada aki mobil.
Ini juga merupakan sel kering, karena elektrolit dasarnya dalam bentuk pasta dengan persentase kelembapan yang rendah; tetapi cukup untuk memungkinkan migrasi ion yang berpartisipasi dalam reaksi kimia menuju elektroda, dan dengan demikian, melengkapi sirkuit elektron.
Sumber: Mike Mozart melalui Flickr.
Gambar di atas adalah baterai Duracell 9V, salah satu contoh baterai alkaline yang paling terkenal. Semakin besar baterainya, semakin lama umur dan kapasitas kerjanya (terutama jika digunakan untuk peralatan yang boros energi). Untuk peralatan kecil, Anda memiliki baterai AA dan AAA.
Perbedaan lain selain dari pH komposisi elektrolitnya, adalah, dapat diisi ulang atau tidak, umumnya lebih tahan lama daripada baterai asam.
Komponen Baterai Alkaline
Dalam baterai seng-karbon, ada dua elektroda: satu seng, dan yang lainnya dari karbon grafit. Dalam "versi dasar" salah satu elektroda, bukan grafit, terdiri dari oksida mangan (IV), MnO 2 dicampur dengan grafit.
Permukaan kedua elektroda dikonsumsi dan ditutupi oleh padatan yang dihasilkan dari reaksi.
Sumber: Pemegang utama, dari Wikimedia Commons
Selain itu, selain kaleng dengan permukaan seng yang homogen sebagai wadah sel, ada serangkaian cakram padat (gambar atas).
Di tengah semua cakram terdapat batang MnO 2 , di ujung atasnya terdapat mesin cuci isolasi yang menonjol dan menandai terminal positif (katoda) baterai.
Perhatikan bahwa cakram ditutupi dengan lapisan berpori dan logam; yang terakhir juga bisa berupa film plastik tipis.
Basis sel adalah terminal negatif, tempat seng mengoksidasi dan melepaskan elektron; tetapi ini membutuhkan sirkuit eksternal untuk mencapai bagian atas baterai, terminal positifnya.
Permukaan seng tidak halus, seperti halnya sel Leclanché, tetapi kasar; Artinya, mereka memiliki banyak pori dan luas permukaan yang besar yang meningkatkan aktivitas baterai.
Elektrolit dasar
Bentuk dan struktur baterai berubah sesuai dengan jenis dan desainnya. Namun, semua baterai alkaline memiliki pH dasar yang sama dari komposisi elektrolitnya, yang disebabkan oleh penambahan NaOH atau KOH ke dalam campuran seperti pasta.
Sebenarnya, ion OH - mereka yang berpartisipasi dalam reaksi yang bertanggung jawab atas energi listrik yang disediakan oleh benda-benda ini.
Berfungsi
Ketika baterai alkaline telah dihubungkan ke alat dan dihidupkan, seng langsung bereaksi dengan OH - dari pasta:
Zn (s) + 2OH - (aq) => Zn (OH) 2 (s) + 2e -
2 elektron yang dilepaskan oleh oksidasi seng berjalan ke sirkuit eksternal, di mana mereka bertanggung jawab untuk memulai mekanisme elektronik perangkat.
Kemudian, mereka kembali ke baterai melalui terminal positif (+), katoda; yaitu, mereka melakukan perjalanan melalui MnO 2 -graphite elektroda . Karena pasta memiliki kelembapan tertentu, reaksi berikut terjadi:
2MnO 2 (s) + 2H 2 O (l) + 2e - => 2MnO (OH) (s) + 2OH - (aq)
Sekarang MnO 2 berkurang atau mendapatkan elektron dari Zn. Karena alasan inilah terminal ini sesuai dengan katoda, di mana reduksi terjadi.
Perhatikan bahwa OH - dibuat ulang pada akhir siklus untuk memulai kembali oksidasi Zn; dengan kata lain, mereka berdifusi ke tengah pasta sampai bersentuhan lagi dengan bubuk seng.
Demikian juga, produk gas tidak terbentuk, seperti yang terjadi pada sel seng-karbon di mana NH 3 dan H 2 dihasilkan .
Akan tiba titik dimana seluruh permukaan elektroda akan tertutup oleh padatan Zn (OH) 2 dan MnO (OH), mengakhiri masa pakai baterai.
Baterai isi ulang
Baterai alkaline yang dijelaskan tidak dapat diisi ulang, jadi setelah "mati" tidak ada cara untuk menggunakannya lagi. Ini tidak terjadi pada kasus yang dapat diisi ulang, yang ditandai dengan reaksi yang dapat dibalik.
Untuk mengembalikan produk menjadi reaktan, arus listrik harus dialirkan ke arah yang berlawanan (bukan dari anoda ke katoda, tetapi dari katoda ke anoda).
Contoh baterai alkaline yang dapat diisi ulang adalah NiMH. Ini terdiri dari anoda NiOOH, yang kehilangan elektron ke katoda nikel hidrida. Saat baterai digunakan, baterai akan kosong, dan dari sinilah asal ungkapan terkenal "isi baterai".
Dengan demikian, dapat diisi ulang ratusan kali sesuai kebutuhan; namun, waktu tidak dapat sepenuhnya dibalik dan mencapai kondisi asli (yang tidak wajar).
Selain itu, tidak dapat diisi ulang dengan cara yang sewenang-wenang: pedoman yang direkomendasikan pabrikan harus diikuti.
Itulah sebabnya cepat atau lambat baterai ini juga akan rusak dan kehilangan efektivitasnya. Namun, keuntungannya adalah tidak dapat dibuang dengan cepat, berkontribusi lebih sedikit terhadap kontaminasi.
Baterai isi ulang lainnya adalah baterai nikel-kadmium dan litium.
Aplikasi
Sumber: Pxhere.
Beberapa varian baterai alkaline sangat kecil sehingga dapat digunakan di jam tangan, remote control, jam, radio, mainan, komputer, konsol, senter, dll. Yang lain lebih besar dari patung tiruan Star Wars.
Faktanya, ini adalah yang ada di pasaran yang mendominasi jenis baterai lain (setidaknya untuk digunakan di rumah). Mereka bertahan lebih lama dan menghasilkan lebih banyak listrik daripada baterai Leclanché konvensional.
Meskipun baterai zinc-manganese tidak mengandung zat beracun, baterai lain, seperti baterai merkuri, membuka perdebatan tentang kemungkinan dampaknya terhadap lingkungan.
Di sisi lain, baterai alkaline bekerja dengan sangat baik dalam berbagai temperatur; Mereka bahkan dapat bekerja di bawah 0 ° C, jadi mereka adalah sumber energi listrik yang baik untuk peralatan yang dikelilingi oleh es.
Referensi
- Menggigil & Atkins. (2008). Kimia anorganik. (Edisi keempat). Mc Graw Hill.
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kimia. (Edisi ke-8). CENGAGE Learning.
- Polisi. (10 Mei 2014). Pelajari Lebih Lanjut Tentang Baterai Alkaline yang Paling Dapat Diandalkan. Dipulihkan dari: upsbatterycenter.com
- Duracell. (2018). Pertanyaan yang sering diajukan: sains. Diperoleh dari: duracell.mx
- Boyer, Timothy. (19 April 2018). Apa Perbedaan Antara Baterai Alkaline & Non-Alkaline? Sciencing. Diperoleh dari: sciencing.com
- Michael W. Davidson dan Universitas Negeri Florida. (2018). Baterai Alkaline-Mangan. Diperoleh dari: micro.magnet.fsu.edu