Studiu de specialitate – „Celule alcaline”


Autor: prof. Dorin Sabou
Colegiul Tehnic „Aurel Vlaicu”, Baia Mare

Celulele alcaline sunt celule primare a căror funcţionare se bazează pe reacţia dintre zinc şi dioxidul de mangan (Zn/MnO2). În comparaţie cu celulele zinc-carbon (Leclanché), celulele alcaline au o densitate de energie mai mare şi o durată de depozitare mai lungă, având aceeaşi tensiune.
Denumirea lor vine de la electrolitul alcalin folosit, adică hidroxidul de potasiu, în locul unuia acid, clorura de amoniu sau clorura de zinc în cazul celulelor zinc-carbon. Mai sunt şi alte tipuri de celule care utilizează electrolit alcalin dar acelea utilizează alte materiale ca electrozi.
La nivelul anului 2009, celulele alcaline sau bateriile realizate din celule alcaline însemnau 80% din totalul bateriile fabricate în SUA, dintr-o producţie totală de 10 miliarde de bucăţi [1]. În Japonia ele reprezentau 46% din totalul vânzărilor de elemente primare [2], în Elveţia 68% [3], în UK 60%[4], iar în Uniunea Europeană reprezentau 47% din totalul bateriilor, inclusiv cele reîncărcabile[5]. Bateriile alcaline sunt utilizate în aparatura de uz casnic, în dispozitive multimedia (MP3 Player-e, CD-player-e, camere foto şi video, lanterne, jucării, telecomenzi şi în multe alte aparate.
Istoric
Acest tip de baterie, care utilizează un electrolit alcalin a fost realizat la sfârşitul secolului al XIX-lea, de catre Waldemar Jungner în 1899 şi separat de către Thomas Edison în 1901[6][7]. Bateria alcalină uscată care foloseşte ca elemente active zincul şi dioxidul de mangan a fost inventată de către inginerul canadian Lewis Urry, angajat al companiei Union Carbide, pe baza realizărilor anterioare ale lui Edison.
La introducerea lor în producţie, pe la sfârşitul anilor 1960, bateriile alcaline conţineau o mică cantitate de amalgam de mercur, un element toxic, pentru moderarea reacţiilor care aveau loc la catodul din zinc. Presaţi de legile care prevăd reducerea conţinutului de mercur în baterii dar şi datorită îmbunătăţirilor tehnologice în ceea ce priveşte purificarea materialelor, producătorii au reuşit să reducă semnificativ conţinutul de mercur al bateriilor moderne [8].
Compoziţie şi reacţii chimice
Anodul (terminalul negativ) este realizat din pulbere de zinc, acesta oferind o suprafaţă mare, putând genera astfel un curent pe măsură iar catodul (terminalul pozitiv) este compus din dioxid de mangan. Electrolitul este o substanţă alcalină, hidroxidul de potasiu şi este consumat în timpul descărcării. (fragment)