PARISTOTYYPIT, OMINAISUUDET JA REAKTIOT - KEMIA - 2026

Markkinoilla voit hankkia erityyppisiä paristoja, joilla on omat ominaisuudet. Paristot, jotka ovat vain voltaattisia paristoja, tarjoavat kuluttajille etuna siitä, että ne kuluttavat sähköä mistä tahansa (niin kauan kuin olosuhteet eivät ole rajuja).

Paristot voidaan yleensä ostaa eristettynä; mutta ne saavutetaan myös kytkettynä toisiinsa sarjassa tai yhdensuuntaisesti, joiden sarja tulee olemaan mitä he kutsuvat paristoiksi. Ja on siis niin, että joskus termejä "paristot" ja "paristot" käytetään erottelematta, vaikka ne eivät olisikaan samat.

Alkaliparistot: yksi suosituimmista akkutyypeistä. Lähde: Pexels.

Pinoja voi olla lukemattomia värejä, muotoja ja kokoja, samoin kuin ne voidaan tehdä muista materiaaleista. Samoin, ja mikä vielä tärkeämpää, sen sisäinen rakenne, jossa sähköä tuottavat kemialliset reaktiot tapahtuvat, erottaa ne toisistaan.

Yllä olevassa kuvassa on esimerkiksi kolme alkaliparistoa, yksi yleisimmistä. Termi alkalinen viittaa tosiasiaan, että väliaine, jossa elektronien vapautuminen ja virtaus tapahtuu, on emäksinen; että on, sen pH on suurempi kuin 7 ja OH ^- anionien ja muut negatiivisia varauksia hallitsevia.

Yleinen sijoitus

Ennen kuin käsittelemme eräitä erityyppisiä akkuja, on tiedettävä, että ne luokitellaan maailmanlaajuisesti joko ensisijaisiksi tai toissijaisiksi.

ensisijainen

Pääakkuja ovat ne, jotka kulutuksen jälkeen on hävitettävä tai kierrätettävä, koska kemiallinen reaktio, johon sähkövirta perustuu, on peruuttamaton. Siksi niitä ei voida ladata uudelleen.

Niitä käytetään pääasiassa sovelluksissa, joissa sähköenergian lataaminen on epäkäytännöllistä; kuten sotilaallisissa laitteissa, keskellä taistelukenttää. Samoin ne on suunniteltu laitteille, jotka käyttävät vähän energiaa, niin että ne kestävät pidempään; esimerkiksi kaukosäätimet tai kannettavat konsolit (kuten Gameboy, Tetris ja Tamagotchi).

Alkaliparistot, myös toisen esimerkin mukaan, kuuluvat ensiötyyppiin. Niillä on yleensä lieriömäinen muoto, vaikka tämä ei tarkoita, että lieriömäiset paristot eivät voisi olla toissijaisia ​​tai ladattavia.

lukiot

Toisin kuin pääakut, toissijaisia ​​akkuja voidaan ladata uudelleen, kun niiden virta on loppunut.

Tämä johtuu siitä, että niissä tapahtuvat kemialliset reaktiot ovat palautuvia, ja sen vuoksi tietyn jännitteen asettamisen jälkeen tuotelajit muuttuvat reaktiivisiksi, jolloin reaktio käynnistyy uudelleen.

Jotkut toissijaiset kennot (kutsutaan paristoiksi) ovat yleensä pieniä, kuten ensisijaiset; ne on kuitenkin tarkoitettu laitteille, jotka kuluttavat enemmän energiaa ja joille ensiöakkujen käyttö olisi taloudellisesti ja energisesti epäkäytännöllistä. Esimerkiksi matkapuhelimen akut sisältävät toissijaiset solut.

Lisäksi toissijaiset kennot on suunniteltu suurille laitteille tai piireille; esimerkiksi autoakut, jotka koostuvat useista akkuista tai sähkökennoista.

Ne ovat yleensä kalliimpia kuin pääkennot ja paristot, mutta pitkäaikaiseen käyttöön ne ovat lopulta sopivampi ja tehokkaampi vaihtoehto.

Muut näkökohdat

Pinot luokitellaan joko ensisijaisiksi tai toissijaisiksi; mutta kaupallisesti tai suositulla tavalla, ne luokitellaan yleensä muodonsa (lieriömäinen, suorakulmainen, nappityyppi), tarkoitetun laitteen (kamerat, ajoneuvot, laskimet), nimien (AA, AAA, C, D, N, A23 jne.) mukaan.), ja niiden IEC- ja ANSI-koodit.

Lisäksi ominaisuudet, kuten niiden jännite (1,2 - 12 volttia), samoin kuin niiden käyttöikä ja hinnat, ovat vastuussa tietyn luokituksen antamisesta kuluttajan silmissä.

Luettelo akkutyypeistä

Hiilessä-sinkki

Hiili-sinkkiparistot (tunnetaan myös nimellä Leclanché-paristoja tai suolaliuosparistoja) ovat alkeellisimpia, ja niiden katsotaan tällä hetkellä melkein olevan käyttämättä kuin muut akut; erityisesti verrattuna alkaliparistoihin, jotka ovat hieman kalliimpia, mutta joilla on pidempi käyttöikä ja jännitteet.

Kuten nimensä päättelee, sen elektrodit koostuvat sinkkitölkistä ja grafiittitangosta, jotka vastaavat anodia ja katodia.

Ensimmäisessä elektrodissa, anodissa, elektronit ovat peräisin metallisen sinkin hapetuksesta. Nämä elektronit kulkevat sitten ulkoisen piirin läpi, joka toimittaa laitteelle sähköenergiaa, ja päätyvät sitten grafiittikatodiin, jossa sykli saadaan päätökseen vähentämällä mangaanidioksidia, johon se on upotettu.

reaktiot

Elektrodissa tapahtuvien reaktioiden kemialliset yhtälöt ovat:

Zn (s) → Zn ²⁺ (ac) + 2e ^- (anodi)

2 MnO ₂ (t) + 2e ^- + 2 NH ₄: llä (aq) → Mn ₂ O ₃ (s) + 2 NH ₃ (aq) + H ₂ O (l) + 2 CI ^- (aq) (katodi)

Nämä paristot ovat hyvin samanlaisia ​​kuin alkaliparistot: molemmat ovat lieriömäisiä (kuten kuvassa). Hiili-sinkkiparistot voidaan kuitenkin erottaa, jos ulkopuolelta merkityt ominaisuudet luetaan yksityiskohtaisesti tai jos niiden IEC-koodia edeltää kirjain R. Niiden jännite on 1,5 V.

-Emäksinen

Emäksinen paristot ovat hyvin samanlaisia kuin hiili-sinkki tyyppiä, sillä erolla, että väliaine, johon elektrodit on sijoitettu sisältää OH ^- anionien. Tämä väliaine koostuu vahvoista kaliumhydroksidin, KOH, elektrolyytteistä, jotka myötävaikuttavat OH: seen ^- jotka osallistuvat ja "toimivat" elektronien kulkeutumisessa.

Sitä on erikokoisia ja -jännitteisiä, vaikka yleisin on 1,5 V. Ne ovat ehkä markkinoiden tunnetuimpia akkuja (esimerkiksi Duracell).

Elektrodien kohdalla tapahtuvat reaktiot ovat:

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

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

Kun lämpötila nousee, sitä nopeammat reaktiot tapahtuvat ja sitä nopeammin paristot purkautuvat. Mielenkiintoista on, että suositut huhut levisivät laittamalla ne pakastimeen eliniän pidentämiseksi; Jäähdytettynä sen sisältö voi kuitenkin käydä läpi mahdollisen kiinteytymisen, joka voi johtaa myöhempiin virheisiin tai riskeihin.

elohopea

Todennäköinen elohopeaakku, joka voidaan sekoittaa hopeaoksidiparistoon. Lähde: Multicherry.

Elohopeaparistot ovat erittäin ominaisia ​​hopeapainikkeiden erikoismuodosta johtuen (kuva yllä). Lähes kaikki tunnustaisivat heidät ensi silmäyksellä. Ne ovat myös alkalisia, mutta niiden katodi sisältää grafiitin ja mangaanidioksidin lisäksi elohopeaoksidia, HgO: ta; joka pelkistymisen jälkeen muuttuu metallihopeaksi:

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

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

Merkitse muistiin OH ^- anionien kulutetaan regeneroituja näissä likennoreaktiot.

Pieninä paristoina se on tarkoitettu pienille laitteille, kuten kellot, laskimet, leluohjaimet jne. Jokainen, joka on käyttänyt jotakin näistä esineistä, on tajunnut, että paristoja ei tarvitse vaihtaa melkein "ikuisuuteen"; joka vastaa noin 10 vuotta.

Hopeaoksidi

Hopeoksidiakut. Lähde: Lukas A, CZE.

Elohopeaakkujen suurin virhe on, että heitettäessä ne aiheuttavat vakavan ympäristöongelman tämän metallin myrkyllisistä ominaisuuksista johtuen. Ehkä tästä syystä siitä puuttuu IEC- ja ANSI-koodeja. Hopeoksidiakkujen IEC-koodia edeltää kirjain S.

Yksi elohopeaakkujen korvikkeista vastaa hopeaoksidiakkua, paljon kalliimpaa, mutta vähemmän ekologista vaikutusta (yläkuva). Ne sisälsivät alun perin elohopeaa sinkin suojaamiseksi alkalisesta korroosiosta.

Sitä on saatavana 1,5 V jännitteellä, ja sen sovellukset ovat hyvin samankaltaiset kuin elohopeaakun. Itse asiassa ensi silmäyksellä molemmat akut näyttävät identtisiltä; vaikkakin voi olla paljon suurempia hopeaoksidipaaluja.

Reaktiot sen elektrodeissa ovat:

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

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

Sitten vesi läpikäy elektrolyysin, hajoamalla H ^{+ -} ja OH ^- ioneiksi.

Huomaa, että elohopean sijasta katodiin muodostuu metallihopeaa.

-Nikkeli-kadmium (NiCad)

NiCd-akku. Lähde: LordOider.

Tästä hetkestä lähtien toissijaiset kennot tai paristot otetaan huomioon. Elohopeaakkujen tapaan myös nikkeli-kadmium-akut ovat metalli-kadmiumin vuoksi haitallisia ympäristölle (villieläimille ja terveydelle).

Niille on ominaista korkea sähkövirta, ja niitä voidaan ladata useita kertoja. Itse asiassa niitä voidaan ladata yhteensä 2000 kertaa, mikä vastaa poikkeuksellisen kestävyyttä.

Sen elektrodit koostuvat nikkelioksidihydroksidista, NiO (OH) katodia varten ja metallisesta kadmiumista anodille. Kemiallinen perustelu on pohjimmiltaan sama: kadmium (sinkin sijasta) menettää elektroneja ja kadmium NiO (OH) saa ne.

Puolisolureaktiot ovat:

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

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

OH ^- anionit taas tulevat KOH - elektrolyytistä. NiCad-akut tuottavat sitten nikkeli- ja kadmiummetallihydroksidia.

Niitä käytetään erikseen tai kytkettynä pakkauksiin (kuten keltainen, yllä oleva kuva). Joten ne tulevat suurina tai pieninä pakkauksina. Pienet löytävät käytön leluissa; mutta suuria käytetään lentokoneissa ja sähköajoneuvoissa.

-Nikkelimetallihydridi (Ni-HM)

Ni-HM-akut. Lähde: Ramesh NG Flickriltä (https://www.flickr.com/photos/rameshng/5645036051)

Toinen tunnettu kenno tai akku, joka ylittää NiCadin energiakapasiteetin, on Ni-HM (nikkeli- ja metallihydridi). Se voi olla lieriömäisessä muodossa (tavalliset akut, kuva yllä) tai kytkettynä akkuun.

Kemiallisesti sillä on lähes samat ominaisuudet kuin NiCad-akkuilla, pääasiallisena erona on sen negatiivinen elektrodi: katodi ei ole kadmium, vaan harvinaisten maametallien ja siirtymämetallien metallien välinen seos.

Tämä seos on vastuussa lataamisen aikana muodostuneen vedyn absorboimisesta, jolloin muodostuu monimutkainen metallihydridi (tästä seuraa nimessä H-kirjain).

Vaikka Ni-HM-akut tuottavat enemmän virtaa (noin 40% enemmän), ne ovat kalliimpia, kuluvat nopeammin eikä niitä voida ladata yhtä monta kertaa kuin NiCad-akkuja. ts. niiden käyttöikä on lyhyempi. Niistä puuttuu kuitenkin muistivaikutus (paristojen suorituskyvyn menetys, koska ne eivät ole täysin tyhjät).

Tästä syystä niitä ei pidä käyttää koneissa, jotka toimivat pitkäaikaisesti; vaikka tämä ongelma on lievitetty LSD-NiHM-paristoilla. Samoin Ni-HM-kennoilla tai -akkuilla on erittäin vakaat lämpöominaisuudet, jotka toimivat laajalla lämpötila-alueella aiheuttamatta riskiä.

reaktiot

Elektrodien kohdalla tapahtuvat reaktiot ovat:

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

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

Ioni-litium

Litium-ioni-akku kannettavalle tietokoneelle. Lähde: Kristoferb Wikipediasta.

Litiumkennoissa ja akkuissa ne perustuvat Li ⁺ -ionien siirtymiseen, jotka siirretään anodilta katodiin, lisääntyvän positiivisen varauksen seurauksena syntyvien sähköstaattisten heikkouksien tuote.

Jotkut voidaan ladata, kuten kannettavien tietokoneiden akut (yläkuva), ja toiset, lieriömäiset ja suorakulmaiset akut (LiSO ₂, LiSOCl ₂ tai LiMnO ₂) eivät voi.

Litium-ioni-akkuille on ominaista erittäin kevyt ja energinen, mikä mahdollistaa niiden käytön monissa elektronisissa laitteissa, kuten älypuhelimissa ja lääketieteellisissä laitteissa. Samoin he tuskin kärsivät muistivaikutuksesta, niiden lataustiheys ylittää NiCad- ja Ni-HM-kennojen ja akkujen, ja niiden purkaminen vie kauemmin.

Ne ovat kuitenkin erittäin herkkiä korkeille lämpötiloille, jopa räjähtäviä; ja lisäksi niillä on taipumus olla kalliimpia kuin muissa akkuissa. Litium-akkuja pidetään silti markkinoilla suotuisina, ja monet kuluttajat arvioivat niitä parhaimmaksi.

- Hapan lyijy

Tyypillinen autojen lyijyakku Lähde: Tntflash

Ja lopuksi, lyijyhappobakteerit, kuten nimensä osoittaa, eivät sisällä OH ^- vaan H ⁺ -ioneja; erityisesti rikkihapon väkevöity liuos. Voltaattiset kennot sijaitsevat laatikoidensa sisällä (ylempi kuva), missä kolme tai kuusi niistä voidaan kytkeä sarjaan, jolloin saadaan vastaavasti 6 tai 12 V paristo.

Se pystyy tuottamaan suuria määriä sähkövarausta, ja koska ne ovat erittäin raskaita, ne on tarkoitettu sovelluksiin tai laitteisiin, joita ei voida kuljettaa käsin; esimerkiksi autot, aurinkopaneelit ja sukellusveneet. Tämä happoakku on vanhin ja on edelleen olemassa autoteollisuudessa.

Sen elektrodit on valmistettu lyijystä: PbO ₂ katodille ja sienimäinen metallinen lyijy anodille. Niissä tapahtuvat reaktiot ovat:

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

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

Viitteet

1. Whitten, Davis, Peck ja Stanley. (2008). Kemia. (8. painos). CENGAGE -oppiminen.
2. Odunlade Emmanuel. (24. heinäkuuta 2018). Erityyppiset paristot ja niiden sovellukset. Circuit Digest. Palautettu osoitteesta: circuitdigest.com
3. TESTATA. (SF). Paristotyypit. Palautettu osoitteesta: prba.org
4. Isidor Buchman. (2019). Mikä on paras akku? Battery University. Palautettu osoitteesta: batteryuniversity.com
5. McGraw-Hill-yhtiöt. (2007). Luku 12: Paristot.. Palautettu osoitteesta: oakton.edu
6. Shapley Patricia. (2012). Yleiset akkutyypit. Illinoisin yliopisto. Palautettu sivustosta: butane.chem.uiuc.edu
7. Ekologinen asenne. (22. tammikuuta 2017). Paristotyypit: täydellinen opas olemassa olevien paristojen kanssa. Palautettu osoitteesta: actitudecologica.com