De basis + – elektrolytopstelling. Moderne batterijen en dergelijke. Hoe werken ze precies?
Opmerkingen
- Uw vraag is vrij breed. Kunt u het beperken tot één type batterij?
- Duracell of energizer uw keuze, vertel me wat in een antwoord
- Een gerelateerde vraag en antwoord hier op Physics.SE.
Antwoord
Een alkalinebatterij (of preciezere alkalische mangaancel) bestaat uit een zinkanode, een $ \ gamma \! – \! \ ce {MnO2} $ kathode en $ \ ce {KOH} $ (in pastavorm) elektrolyt. Zink is de negatieve elektrode en $ \ ce {MnO2} $ de positieve elektrode.
Tijdens het ontladen van de batterij wordt zink aan de anode geoxideerd en lost het op in de elektrolyt als hydroxozincaat. Wanneer de elektrolyt verzadigd is met zinkaat, begint zinkoxide neer te slaan. Bij voortdurende ontlading en afnemende $ \ ce {OH -} $ concentratie, wordt zinkhydroxide gevormd, dat langzaam kan dehydrateren tot zinkoxide.
\ begin {uitgelijnd} \ ce {Zn + 4OH- & – > ~ [Zn (OH) 4] ^ {2-} + 2e- \\ [Zn (OH) 4] ^ {2 -} & – > ~ ZnO + 2OH- + H2O \\ Zn + 2OH- & – > ~ Zn (OH) 2 + 2e- \\ Zn (OH) 2 & – > ~ ZnO + H2O \\} \ end {uitgelijnd}
Aan de kathode wordt $ \ ce {MnO2} $ op zijn beurt verlaagd, eerst tot $ \ ce {MnO (OH )} $. Wanneer de batterij langzaam wordt ontladen, kan dit verder worden gereduceerd tot mangaan (II) hydroxide.
\ begin {align} \ ce {MnO2 + H2O + e- & – > ~ MnO (OH) + OH- \\ MnO (OH) + H2O + e- & – > ~ Mn (OH) 2 + OH- \\} \ end {uitgelijnd}
De algehele reactie, wanneer we alleen kijken naar de eerste reductiestap aan de kathode, is:
$$ \ ce {Zn + 2MnO2 + 2H2O + 2OH- – > ~ [Zn (OH) 4] ^ {2-} + 2MnO (OH )} $$
Tijdens het lozen wordt zink onomkeerbaar geoxideerd en wordt water verbruikt. Als gevolg hiervan is de batterij “leeg” wanneer de elektrolyt is uitgedroogd en / of alle zink is opgelost.
Antwoord
De chemie van alkalinebatterijen omvatten de oxidatie van zink en de reductie van mangaandioxide. De beschrijving van een cel is hier te vinden.