JENIS, CIRI DAN TINDAK BALAS BATERI - KIMIA - 2025

Di pasaran anda boleh mendapatkan pelbagai jenis bateri dengan ciri tersendiri. Bateri, yang tidak lebih daripada sel voltan, memberikan kelebihan kepada pengguna untuk mengambil elektrik di mana sahaja (selagi keadaan tidak drastik).

Bateri secara amnya boleh dibeli bertebat; tetapi, mereka juga dicapai digabungkan satu sama lain secara bersiri atau selari, yang setnya menjadi apa yang mereka sebut sebagai bateri. Oleh itu, kadangkala istilah 'bateri' dan 'bateri' digunakan tanpa pandang bulu, walaupun tidak sama.

Bateri alkali: salah satu jenis bateri yang paling popular. Sumber: Pexels.

Tumpukan dapat datang dalam berbagai warna, bentuk, dan ukuran, seperti yang dapat dibuat dari bahan lain. Begitu juga, dan yang lebih penting, struktur dalamannya, di mana tindak balas kimia yang menghasilkan elektrik berlaku, dapat membezakannya antara satu sama lain.

Sebagai contoh, gambar di atas menunjukkan tiga bateri alkali, salah satu yang paling biasa. Istilah alkali merujuk kepada fakta bahawa medium di mana pembebasan dan aliran elektron berlaku adalah asas; iaitu, ia mempunyai pH lebih besar daripada 7 dan OH ^- anion dan cas negatif lain mendominasi .

Peringkat umum

Sebelum menangani beberapa jenis bateri di luar sana, perlu diketahui bahawa bateri ini diklasifikasikan secara global sebagai primer atau sekunder.

Utama

Bateri primer adalah bateri yang, sekali habis, mesti dibuang atau dikitar semula, kerana tindak balas kimia di mana arus elektrik didasarkan tidak dapat dipulihkan. Oleh itu, mereka tidak boleh dicas semula.

Mereka digunakan terutamanya dalam aplikasi yang tidak praktikal untuk mengisi semula tenaga elektrik; seperti di alat ketenteraan, di tengah-tengah medan perang. Begitu juga, mereka direka untuk peralatan yang menggunakan sedikit tenaga, sehingga tahan lebih lama; contohnya, alat kawalan jauh atau konsol mudah alih (seperti Gameboy, Tetris dan Tamagotchi).

Bateri alkali, untuk menyebut contoh lain, juga termasuk dalam jenis utama. Mereka biasanya mempunyai bentuk silinder, walaupun ini tidak menunjukkan bahawa bateri silinder tidak boleh sekunder atau boleh dicas semula.

sekolah menengah

Tidak seperti bateri primer, bateri sekunder boleh diisi semula setelah habis.

Ini kerana tindak balas kimia yang berlaku di dalamnya dapat diterbalikkan, dan oleh itu, setelah menerapkan voltan tertentu, menyebabkan spesies produk menjadi reaktif lagi, sehingga memulakan reaksi semula.

Beberapa sel sekunder (disebut bateri) biasanya kecil, seperti yang utama; namun, ini ditujukan untuk peranti yang menggunakan lebih banyak tenaga dan yang mana penggunaan bateri primer tidak praktikal dari segi ekonomi dan tenaga. Contohnya, bateri telefon bimbit mengandungi sel sekunder.

Juga, sel sekunder direka untuk peralatan atau litar yang besar; contohnya, bateri kereta, yang terdiri daripada beberapa bateri atau sel voltan.

Mereka biasanya lebih mahal daripada sel dan bateri utama, tetapi untuk penggunaan jangka panjang akhirnya menjadi pilihan yang lebih sesuai dan berkesan.

Aspek lain

Tumpukan dikelaskan sebagai primer atau sekunder; tetapi secara komersial atau popular, mereka biasanya dikelaskan mengikut bentuknya (silinder, segi empat tepat, jenis butang), peranti yang dimaksudkan (kamera, kenderaan, kalkulator), namanya (AA, AAA, C, D, N, A23, dll. ), dan kod IEC dan ANSI mereka.

Juga, ciri seperti voltan (1.2 hingga 12 volt), serta jangka hayat dan harganya, bertanggungjawab untuk memberi mereka klasifikasi tertentu di mata pengguna.

Senarai jenis bateri

-Karbon-zink

Bateri karbon-zink (juga dikenali sebagai sel Leclanché atau bateri masin) adalah salah satu yang paling primitif, dan pada masa ini dianggap hampir tidak digunakan berbanding bateri lain; terutamanya, berbanding dengan bateri alkali, yang walaupun sedikit lebih mahal, mempunyai jangka hayat dan voltan yang lebih lama.

Seperti namanya, elektrodnya terdiri daripada tin zink dan batang grafit, masing-masing sesuai dengan anod dan katod.

Pada elektrod pertama, anod, elektron berasal dari pengoksidaan zink logam. Elektron-elektron ini kemudian melalui litar luaran yang menyuapkan peranti dengan tenaga elektrik, dan kemudian mereka berakhir di katod grafit, di mana kitaran selesai dengan mengurangkan mangan dioksida di mana ia direndam.

Reaksi

Persamaan kimia untuk tindak balas yang berlaku pada elektrod adalah:

Zn (s) → Zn ²⁺ (ac) + 2e ^- (Anod)

2 MnO ₂ ( ₂ ) ^- + 2 NH ₄ Cl (aq) → Mn ₂ O ₃ (+) + 2 NH ₃ (aq) + H ₂ O (l) + 2 Cl ^- (aq) (Katod)

Bateri ini sangat serupa dengan bateri alkali: kedua-duanya berbentuk silinder (seperti yang terdapat dalam gambar). Walau bagaimanapun, bateri karbon-zink dapat dibezakan dengan membaca ciri yang dilabel di bahagian luar secara terperinci, atau jika kod IEC mereka didahului dengan huruf R. Voltan mereka 1.5 V.

-Alkali

Bateri alkali sangat mirip dengan jenis karbon-zink, dengan perbezaan bahawa medium di mana elektrod berada mengandungi OH ^- anion . Medium ini terdiri daripada elektrolit kalium hidroksida kuat, KOH, yang menyumbang OH ^- yang mengambil bahagian dan "bekerjasama" dalam penghijrahan elektron.

Ia hadir dalam pelbagai saiz dan voltan, walaupun yang paling biasa ialah 1.5V. Ini mungkin bateri yang paling terkenal di pasaran (misalnya, Duracell).

Tindak balas yang berlaku pada elektrod anda adalah:

Zn + 2OH ^- (aq) → ZnO (s) + H ₂ O (l) + 2e ^- (Anod)

2MnO ₂ (+) + H ₂ O (l) + 2e ^- → Mn ₂ O ₃ (+) + 2OH ^- (aq) (Katod)

Apabila suhu meningkat, semakin cepat tindak balas berlaku dan semakin cepat bateri habis. Menariknya, khabar angin yang popular menyebarkannya ke dalam peti sejuk untuk meningkatkan jangka hayat mereka; Namun, apabila disejukkan, kandungannya mungkin mengalami pemadatan yang mungkin mengakibatkan kecacatan atau risiko berikutnya.

Merkuri

Mungkin bateri merkuri, yang boleh dikelirukan dengan bateri oksida perak. Sumber: Multicherry.

Bateri merkuri sangat khas kerana bentuk butang peraknya yang khas (gambar di atas). Hampir semua orang akan mengenali mereka pada pandangan pertama. Mereka juga bersifat alkali, tetapi katod mereka menggabungkan, selain grafit dan mangan dioksida, merkuri oksida, HgO; yang, setelah dikurangkan, diubah menjadi merkuri logam:

Zn + 2OH ^- (aq) → ZnO (s) + H ₂ O (l) + 2e ^-

HgO (s) + H ₂ O + 2e ^- → Hg (s) + 2OH ^-

Perhatikan bagaimana OH ^- anion dimakan dan dijana semula dalam reaksi sel ini .

Sebagai bateri kecil, ia ditujukan untuk peranti kecil, seperti jam tangan, kalkulator, kawalan mainan, dll. Sesiapa yang telah menggunakan salah satu objek ini akan menyedari bahawa tidak perlu menukar bateri selama hampir "selamanya"; yang bersamaan dengan 10 tahun, kira-kira.

Perak oksida

Bateri oksida perak. Sumber: Lukas A, CZE.

Kekurangan utama bateri merkuri adalah apabila dibuang ia merupakan masalah serius bagi alam sekitar, kerana ciri-ciri toksik logam ini. Mungkin ini sebabnya ia tidak mempunyai kod IEC dan ANSI. Untuk bateri oksida perak, kod IEC mereka didahului dengan huruf S.

Salah satu pengganti bateri merkuri sesuai dengan bateri oksida perak, jauh lebih mahal, tetapi dengan kesan ekologi yang kurang (gambar atas). Mereka pada asalnya mengandungi merkuri untuk melindungi zink daripada kakisan alkali.

Ia tersedia dengan voltan 1.5V, dan aplikasinya sangat mirip dengan bateri merkuri. Sebenarnya, pada pandangan pertama kedua-dua bateri kelihatan sama; walaupun mungkin terdapat timbunan oksida perak yang jauh lebih besar.

Tindak balas pada elektrodnya adalah:

Zn (2) ^- 2OH ^- (aq) → Zn (OH) ₂ (s) + 2 e ^-

Ag ₂ O + 2H ⁺ (aq) + 2e ^- → 2Ag (H) + H ₂ O (l)

Air kemudiannya menjalani elektrolisis, terurai menjadi ion H ⁺ dan OH ^- .

Perhatikan bahawa bukannya merkuri, perak logam dibentuk pada katod.

-Nikel-kadmium (NiCad)

Bateri NiCd. Sumber: LordOider.

Dari sudut ini sel atau bateri sekunder dipertimbangkan. Seperti bateri merkuri, bateri nikel kadmium berbahaya bagi alam sekitar (untuk hidupan liar dan kesihatan) kerana kadmium logam.

Mereka dicirikan dengan menghasilkan arus elektrik yang tinggi dan dapat diisi semula berkali-kali. Sebenarnya, ia dapat diisi semula sebanyak 2000 kali, sama dengan daya tahan yang luar biasa.

Elektrodnya terdiri daripada nikel oksida hidroksida, NiO (OH), untuk katod, dan kadmium logam untuk anod. Rasional kimia, pada dasarnya, tetap sama: kadmium (bukannya zink) kehilangan elektron, dan kadmium NiO (OH) memperolehnya.

Reaksi separuh sel adalah:

Cd + 2OH ^- (aq) → Cd (OH) ₂ ( ₂ ) + 2e ^-

2NiO (OH) + 2H ₂ O (l) + 2e ^- → 2Ni (OH) ₂ (OH) ^- (aq)

OH ^- anion , sekali lagi, berasal dari elektrolit KOH. Bateri NiCad akhirnya menghasilkan hidroksida logam nikel dan kadmium.

Ia digunakan secara individu atau berkelompok (seperti yang berwarna kuning, gambar di atas). Jadi mereka datang dalam bungkusan besar atau kecil. Anak kecil dapat digunakan dalam permainan; tetapi yang besar digunakan untuk kapal terbang dan kenderaan elektrik.

-Hidrida logam nikel (Ni-HM)

Bateri Ni-HM. Sumber: Ramesh NG dari Flickr (https://www.flickr.com/photos/rameshng/5645036051)

Sel atau bateri lain yang terkenal, yang melebihi kapasiti tenaga dalam NiCad, adalah Ni-HM (nikel dan logam hidrida). Ini boleh datang dalam format silinder (bateri konvensional, gambar di atas), atau digabungkan dalam bateri.

Secara kimia, ia mempunyai ciri yang hampir sama dengan bateri NiCad, dengan perbezaan utama adalah elektrod negatifnya: katod bukan kadmium, tetapi aloi antara logam nadir bumi dan logam peralihan.

Aloi ini bertanggungjawab untuk menyerap hidrogen yang terbentuk semasa pengisian, menghasilkan hidrida logam kompleks (oleh itu huruf H namanya).

Walaupun bateri Ni-HM memberikan lebih banyak kuasa (kira-kira 40% lebih banyak), ia lebih mahal, habis dengan lebih cepat, dan tidak dapat diisi semula berkali-kali sama seperti bateri NiCad; iaitu, mereka mempunyai kehidupan berguna yang lebih pendek. Namun, ia kekurangan kesan memori (kehilangan prestasi bateri kerana tidak habis sepenuhnya).

Atas sebab inilah mereka tidak boleh digunakan dalam mesin yang berfungsi dalam jangka masa panjang; walaupun masalah ini telah diatasi dengan bateri LSD-NiHM. Begitu juga, sel-sel Ni-HM atau bateri mempunyai ciri-ciri terma yang sangat stabil, dapat dikendalikan dalam berbagai suhu tanpa menunjukkan risiko.

Reaksi

Tindak balas yang berlaku pada elektrod anda adalah:

Ni (OH) ₂ (OH) ^- (aq) ⇌ NiO (OH) + H ₂ O (l) + e ^-

H ₂ O (l) + M (s) + e ^- ⇌ OH ^- (aq) + MH (s)

-Ion-litium

Bateri ion litium untuk komputer riba. Sumber: Kristoferb dari Wikipedia.

Dalam sel dan bateri litium, mereka didasarkan pada migrasi ion Li ⁺ , yang dipindahkan dari anoda ke katod, produk penolakan elektrostatik kerana peningkatan muatan positif.

Beberapa boleh diisi semula, seperti bateri komputer riba (gambar atas), dan yang lain, bateri silinder dan segi empat tepat (LiSO ₂ , LiSOCl ₂ atau LiMnO ₂ ) tidak boleh.

Bateri ion litium dicirikan oleh sangat ringan dan bertenaga, yang membolehkannya digunakan di banyak peranti elektronik, seperti telefon pintar dan peralatan perubatan. Begitu juga, mereka hampir tidak mengalami kesan ingatan, kepadatan caj mereka melebihi sel NiCad dan Ni-HM dan bateri, dan mereka memerlukan masa lebih lama untuk habis.

Walau bagaimanapun, mereka sangat sensitif terhadap suhu tinggi, malah meletup; dan juga, mereka cenderung lebih mahal berbanding bateri lain. Namun, bateri litium dilihat baik di pasaran, dan banyak pengguna menilai mereka sebagai yang terbaik.

-Ketuai asid

Bateri asid plumbum khas untuk kenderaan. Sumber: Tntflash

Dan akhirnya, bakteria asid plumbum, seperti namanya, tidak mengandungi OH ^- tetapi ion H ⁺ ; secara khusus, larutan pekat asid sulfurik. Sel voltan terletak di dalam kotaknya (gambar atas), di mana tiga atau enam daripadanya dapat digabungkan secara bersiri, memberikan bateri 6 atau 12 V, masing-masing.

Ia mampu menghasilkan sejumlah besar cas elektrik, dan kerana sangat berat, ia ditujukan untuk aplikasi atau peranti yang tidak dapat diangkut secara manual; contohnya, kereta, panel solar dan kapal selam. Bateri asid ini adalah yang paling lama dan masih ada di industri automotif.

Elektrodnya diperbuat daripada plumbum: PbO ₂ untuk katod, dan plumbum logam spongy untuk anod. Reaksi yang berlaku di dalamnya adalah:

Pb (s) + HSO ^- ₄ (aq) → PbSO ₄ (s) + H ⁺ (aq) + 2e ^-

PbO ₂ (s) + HSO ^- ₄ (aq) + 3H ⁺ (aq) + 2e ^- → PbSO ₄ (2) + 2H ₂ O (l)

Rujukan

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kimia. (Edisi ke-8.) Pembelajaran CENGAGE.
2. Odunlade Emmanuel. (24 Julai 2018). Jenis bateri yang berbeza dan aplikasinya. Pencernaan Litar. Dipulihkan dari: circuitdigest.com
3. UJIAN. (sf). Jenis bateri. Dipulihkan dari: prba.org
4. Isidor Buchman. (2019). Apa bateri terbaik? Universiti Bateri. Dipulihkan dari: batteryuniversity.com
5. Syarikat McGraw-Hill. (2007). Bab 12: Bateri. . Dipulihkan dari: oakton.edu
6. Shapley Patricia. (2012). Jenis bateri biasa. Universiti Illinois. Dipulihkan dari: butane.chem.uiuc.edu
7. Sikap Ekologi. (22 Januari 2017). Jenis bateri: panduan lengkap dengan bateri yang ada. Dipulihkan dari: actitudecologica.com