Jak działa prosta bateria alkaliczna?

Bateria alkaliczna (lub bardziej precyzyjne alkaliczne ogniwo manganowe) składa się z anody cynkowej, katody $ \ gamma \! – \! \ ce {MnO2} $ i elektrolitu $ \ ce {KOH} $ (w postaci pasty). Cynk jest elektrodą ujemną, a $ \ ce {MnO2} $ elektrodą dodatnią.

Podczas rozładowywania akumulatora cynk na anodzie utlenia się i rozpuszcza w elektrolicie w postaci hydroksocynkanu. Gdy elektrolit jest nasycony cynkiem, zaczyna wytrącać się tlenek cynku. Wraz z ciągłym rozładowywaniem i zmniejszającym się stężeniem $ \ ce {OH -} $ powstaje wodorotlenek cynku, który może powoli odwadniać się do tlenku cynku.

\ begin {aligned} \ 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 {aligned}

Na katodzie $ \ ce {MnO2} $ jest z kolei redukowane, najpierw do $ \ ce {MnO (OH )} $. Gdy bateria jest powoli rozładowywana, można ją dodatkowo zredukować do wodorotlenku manganu (II).

\ begin {aligned} \ ce {MnO2 + H2O + e- & – > ~ MnO (OH) + OH- \\ MnO (OH) + H2O + e- & – > ~ Mn (OH) 2 + OH- \\} \ end {aligned}

Ogólna reakcja, biorąc pod uwagę tylko pierwszy etap redukcji na katodzie, jest następująca:

$$ \ ce {Zn + 2MnO2 + 2H2O + 2OH- – > ~ [Zn (OH) 4] ^ {2-} + 2MnO (OH )} $$

Podczas rozładowywania cynk ulega nieodwracalnemu utlenieniu i następuje zużycie wody. W konsekwencji bateria jest „rozładowana”, gdy elektrolit wyschnie i / lub cały cynk się rozpuści.

Źródła: 1 , 2

Skład chemiczny baterii alkalicznych obejmują utlenianie cynku i redukcję dwutlenku manganu. Opis komórki można znaleźć tutaj .