アルカリ電池は、最も一般的に使用されるタイプの電池です。バッテリーは、発電量が減っても充電できるので人気があります。電池の基本原理は、化学反応によって生成された電子の動きを利用して電気を発生させることです。
アルカリ電池の歴史
フランスの科学者ジョージ・ルクランシュは、最初のタイプの電池を発明しました。 Lechlanche のセルは、電解液、減極子、および 2 つの電極を使用して作成されました。ただし、このセルはポータブルでもディスクリートでもありませんでした。 Lechlance のセルの欠点に対抗するために、アルカリ電池が作成されました。
Eveready Battery のカナダ人化学エンジニアである Lew Urry は、最初のアルカリ電池を作成しました。アルカリ電池は通常円筒形で、化学反応を起こす化学物質が含まれています。アルカリ電池は、優れた貯蔵寿命を持つポータブル バッテリーを作成するために開発されました。
アルカリ電池の構築
中空のスチール ドラムは、アルカリ セルの本体を形成します。内部の化学物質の容器と反応の陰極として機能します。上部にはバッテリーのプラス端子として、少し突起のあるキャップがついています。二酸化マンガンは、バッテリーの正極混合物用に微粒状に粉末化され、炭粉と混合されます。次に混合物は、円筒形の容器の壁に脱皮することによって、円筒形の容器の内側に取り付けられます。
内側の二酸化マンガン粉末と陽極の間に紙セパレーターを挿入します。残りのスペースは、ペーパーセパレーターが陽極として機能する粉末亜鉛で満たされている場所です。セパレータ紙は水酸化カリウムにあらかじめ浸されており、二酸化マンガンと亜鉛陽極の間の電解質として機能します。
バッテリーの中心軸位置にピンを挿入し、マイナスの電荷を集めます。このピンは、バッテリーの外側の下部にあるプレートに接続されています。プラスチック製のカバーが、バッテリーのプレートと正極ドラムを分離します。挿入されたピンはマイナス コレクター ピンと呼ばれ、通常は真鍮などの金属でできています。
アルカリ電池の動作原理
アルカリ電池は、化学エネルギーによって電気を生成します。電池内部では、アノードでのアノード反応とカソードでのカソード反応の 2 つの異なる反応が発生します。これらの反応が起こる共通の媒体として機能する電解質は、2 つの電極の間の紙のセパレーターに浸された水酸化カリウムです。
アノードでは、酸化が起こり、電子の放出が伴います。亜鉛電極は酸化されて酸化亜鉛を形成します。陽極反応は次のように書くことができます
Zns + 2HO–aq → ZnOs + H2O + 2e–
この反応のエネルギーは Eanode =–1.28 V
カソードでは、還元が起こり、電子の獲得が伴います。マンガンは、+4 酸化状態から +2 酸化状態に還元されます。陰極反応は次のように与えられます
2MnO2(s) + H2Oaq + 2e– → Mn2O3(s) + 2OH–aq
この反応のエネルギーは、Ecathode=+0.15 V
として与えられます。合計すると、アルカリ電池で起こり続ける反応は
で与えられます。Zns + 2MnO2 Mn2O3 + ZnO
反応によって生成される全体のエネルギーまたは電圧は次のように与えられます
Ecell =Ecathode – Eanode
Ecell =0.15 – (-1.28) V
エセル =1.43 V
通常、アルカリ電池の定格は 1.5 V で、放電していない新しいアルカリ電池の電位は 1.5 ～ 1.65 ボルトです。どちらの反応でも、電子は陽極反応によって生成され、陰極反応によって使用されます。アノードとカソードが分離されているため、電子がアノードからカソードに移動する唯一の方法は、外部回路を経由することです。この電子の移動により、バッテリーから電気が発生します。
メリットとデメリット
- アルカリ電池では高いエネルギー密度が観察されます
- アルカリ電池は継続的に使用することも、アプリケーションとの合間に使用することもできます
- アルカリ電池は、高放電率でも低放電率でも一定の出力を維持します
- 常温でも低温でも一定の出力
- アルカリ細胞は、貯蔵寿命が長く、内部抵抗がほとんどありません
- 漏れが少ない
アルカリ電池の唯一の欠点は、世界中で大量の需要があることを考えると、製造コストが比較的高いことです。
アルカリ電池の種類
アルカリ電池は、電極間の電解質として機能するために使用されるアルカリにちなんで名付けられました。この例のように、アルカリである電解質として水酸化カリウムが使用される。セルのプレートで使用される活物質に基づいて、アルカリ電池には 4 つのタイプがあります。
- ニッケル鉄
- ニッケルカドミウム
- 銀亜鉛
- アルカム電池
結論
アルカリ乾電池は、現在使用されている最もポピュラーな乾電池です。バッテリーは、発電量が減っても充電できるので人気があります。電池の基本原理は、化学反応によって生成された電子の動きを利用して電気を生成することです。
カナダの化学技術者が最初のアルカリ電池を作成しました。アルカリ電池は通常円筒形で、内部に化学反応を起こす化学物質が含まれています。アルカリ電池は、持ち運び可能で保存寿命の長い電池を作るために開発されました。
