Bau und Funktionsweise von Alkalibatterien

Batterien sind inzwischen eines der wichtigsten und am häufigsten genutzten Geräte. Batterien werden eingesetzt, wo die Stromversorgung nicht regelmäßig ist oder wo eine geringere Spannung erforderlich ist (d.h. niedriger als die Netzspannung). Uhren, Mobiltelefone und viele andere kleine Geräte, die eine geringere Spannung benötigen, laufen hauptsächlich auf Batterien. Der Hauptvorteil von Batterien besteht darin, dass sie wieder aufgeladen und verwendet werden können, wenn ihre Fähigkeit, Energie zu liefern, nachlässt. Zellen sind die Einheiten einer Batterie, viele Zellen bilden eine Batterie. Es gibt hauptsächlich zwei Arten von Batterien, Blei-Säure-Batterie und Alkaline-Batterie.
Die erste Alkaline-Batterie wurde von Eveready Battery, Toronto, auf den Markt gebracht. Sie wurde von Lew Urry entwickelt, der als Chemieingenieur bei diesem Unternehmen tätig war.

Lew Urry entwickelte die kleine Alkaline-Batterie im Jahr 1949. Der Erfinder arbeitete für die Eveready Battery Co. in deren Forschungslabor in Parma, Ohio. Eine Alkaline-Batterie hält fünf bis acht Mal länger als Zink-Kohlenstoff-Zellen, ihre Vorgänger.

Alkaline-Batterien

Diese Batterien wurden eingeführt, um das Gewicht und die mechanische Schwäche der Bleiplatten zu überwinden. Das Hauptfunktionsprinzip der Alkaline-Batterie basiert auf der Reaktion zwischen Zink (Zn) und Mangan-Dioxid (MnO2). Eine Alkaline-Batterie wird so genannt, weil das in ihr verwendete Elektrolyt Kaliumhydroxid, eine rein alkalische Substanz, ist.

Vorteile der Alkaline-Batterie

1. Diese hat eine hohe Energiedichte.

2. Diese Batterie funktioniert gleichermaßen gut in kontinuierlichen und unterbrochenen Anwendungen.

3. Diese funktioniert gleichermaßen gut bei niedrigem und hohem Entladeverhalten.

4. Diese funktioniert gleichermaßen gut bei Umgebungstemperaturen sowie bei niedrigen Temperaturen.

5. Eine Alkaline-Batterie hat auch einen geringen internen Widerstand.

6. Sie hat eine ausreichend lange Haltbarkeit.

7. Das Leckage ist in dieser Batterie gering.

8. Sie hat eine bessere dimensionale Stabilität.

Nachteile der Alkaline-Batterie

Praktisch hat diese Art von Batterie keinen Nachteil, außer ihrem hohen Preis.

Aufbau der Alkaline-Batterie

Der Körper der Batterie besteht aus einem hohlen Stahltrommel. Diese Trommel enthält alle Materialien der Batterie und dient auch als Kathode der Batterie. Der positive Pol der Batterie ragt aus dem oberen Teil dieser Trommel. Feinkörniges Mangan-Dioxid (MnO2)-Pulver, gemischt mit Kohlestaub, wird an die innere periphere Oberfläche der leeren zylindrischen Trommel gegossen. Dieses gegossene Gemisch dient als Kathodenmischung der Alkaline-Batterie. Die Innenseite des dicken Kathodenmischungsschichts ist mit einem Papiertrenner bedeckt. Der zentrale Raum, innerhalb dieses Papiertrenners, wird mit Zinkpulver und Kaliumhydroxid-Elektrolyt gefüllt. Das Zink dient als Anode, und seine Pulverform erhöht die Kontaktfläche. Der mit Kaliumhydroxid getränkte Papiertrenner hält das Elektrolyt zwischen Kathode (MnO2) und Anode (Zn). Ein metallischer Pin (vorzugsweise aus Messing) wird entlang der zentralen Achse der Alkaline-Batterie eingesetzt, um die negative Ladung zu sammeln. Dieser Pin wird negativer Sammlerpinn genannt. Dieser Pin berührt einen metallischen Endverschluss. Es gibt einen Plastikdeckel direkt innerhalb des metallischen Endverschlusses, und dieser Plastikdeckel trennt elektrisch den positiven Stahlbehälter und den negativen Endverschluss der Alkaline-Batterie.

In einer Alkaline-Batteriezelle dient das Zinkpulver als Anode, Mangan-Dioxid als Kathode und Kaliumhydroxid als Elektrolyt.
Die erste Halbzellenreaktion ist,

Die zweite Halbzellenreaktion ist,

Gesamtreaktion,

Eine Alkaline-Batteriezelle ist für 1,5 V ausgelegt. Eine neue, nicht entladene Alkaline-Zelle zeigt eine Spannung von 1,50 bis 1,65 V. Die durchschnittliche Spannung unter Lastbedingungen beträgt etwa 1,1 bis 1,3 V. Eine AA-Alkaline-Zelle ist in der Regel für 700 mA ausgelegt.
Es gibt verschiedene Arten von Alkaline-Batterien abhängig von verschiedenen Parametern.
Abhängig von der Zusammensetzung der aktiven Materialien der Platten gibt es vier Arten von Batterien. Sie sind wie folgt,

1. Nickel-Eisen (oder Edison).

2. Nickel-Cadmium (oder Nife).

3. Silber-Zink.

4. Alkum-Batterie.

Abhängig von der Montagemethode werden diese Batterien als verschlossene und nicht-verschlossene Zellen oder Batterien klassifiziert.
Abhängig vom Design der Platten wird die Alkaline-Batterie als geschlossene Taschen- und offene Taschenbatterie klassifiziert.

Verwendung von Alkaline-Batterien

Es gibt verschiedene Arten dieser Batterien, und verschiedene Batterien werden für unterschiedliche Zwecke verwendet. So werden Nickel-Eisen-Batterien zum Antrieb von Industriefahrzeugen und Grubenlokomotiven eingesetzt. Auch in Luftfahrzeugen werden solche Batterien verwendet. Eine weitere Art von Alkaline-Batterie ist die Nickel-Cadmium-Batterie; diese werden in kommerziellen Flugzeugen und Militärflugzeugen zur Inbetriebnahme des Hauptmotors verwendet. Also kann man sagen, dass Alkaline-Batterien hauptsächlich in Fahrzeugen und für industrielle Zwecke verwendet werden.

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