Az alkáli elem egy olyan elsődleges elektromos elem , amelyben az elektrolit lúgos . A leggyakoribb modellek az alkáli cink - mangán-dioxid (Zn-MnO 2 ) elem és az alkáli lítium - mangán-dioxid (Li-MnO 2 ) elemek . Az alkáli elem a háztartási használat során kicserélte a sóelemet ( Pile Leclanché néven ).
A cink-mangán-dioxid alkáli elem , amelyet gyakran alkalmi elemnek neveznek a nyelv helytelen használata miatt, nevét onnan veszi, hogy két elektródája , a negatív cink elektróda és a pozitív mangán-dioxid elektróda lúgos káliumba merül. hidroxid- elektrolit , szemben a savas sósejt- elektrolittal (cink-szén), amely ugyanazt a névleges feszültséget és azonos méretű.
A fő méretek hengeres méretű (LR3, LR6, LR14, LR20) cink mangán-dioxid akkumulátorok, és gomb méretben lítium mangán-dioxid elem (pl LR44).
Által kifejlesztett Lewis Urry segítségével Karl Kordesch és PA Marsal a 1950-es .
Lúgos akkumulátor, az anód (negatív elektród) áll cink por (amely egy nagyobb reakciót felületű és megnövekedett elektron áramlás) és a katód (pozitív elektród) mangán-dioxidot .
A hagyományos alkáli elemek összehasonlíthatók a cink-szén elemekkel, de a különbség az, hogy az alkáli elemeknek, amelyek ammónium- klorid vagy cink-klorid helyett elektrolitként kálium-hidroxidot (KOH) használnak, lehetőségük van nagyobb áramot biztosítani (de nem feltétlenül több amperórát), és hosszabb élettartammal rendelkezik mint a cink-szén és cink-klorid elemek.
A félreakciók a következők:
Zn (s) + 2HO - (aq) → ZnO (s) + H 2 O (l) + 2e - MnO 2 (s) + H 2 O (l) + e - → MnO (OH) (s) + HO - (aq)A teljes reakció tehát:
Zn (s) + 2MnO 2 (s) + H 2 O (l) → 2MnO (OH) (s) + ZnO (s)Az alkáli elemeket hengerek és gombok formájában gyártják, biztosítva a cink-szén elemekkel való kompatibilitást. Számos hengeres egység csatlakoztatható sorosan, például a villanóeszközökhöz és a 9 V-os tápegységekkel ellátott tranzisztorokhoz .
Henger alakú cella található acélcsőben, amely katódáram-gyűjtőként szolgál. Ez egy sűrített mangán-dioxid paszta keverékéből áll, a vezetőképesség javítása érdekében szénpor hozzáadásával. Ez a paszta önthető a csőbe vagy előre kialakított gyűrűk formájában helyezhető el. A katód középső furata elválasztóval van elválasztva, amely megakadályozza az anód és a katódtermékek összekeveredését és a sejtcella rövidzárlatát. Ez a szeparátor szövött cellulóz vagy szintetikus polimer rétegből áll. A szeparátornak képesnek kell lennie az ionok áthaladására és stabilnak kell maradnia erősen lúgos elektrolit oldatban. Az anód cinkpor diszperziójából áll egy gélben, amely kálium-hidroxid elektrolitját tartalmazza. Az akkumulátor élettartama végén történő polarizációjának elkerülése érdekében több mangán-dioxidot használnak fel, mint amennyi az összes cinkkel való reakcióhoz szükséges.
A szokásos "AAA", "AA", "C", "sub-C" és "D" elemtípusoknál az anód lapos végű, míg a katód felemelt gombbal rendelkezik. Ez a gomb megfelel a "szénsavas" elemekben lévő központi szén végét borító fémkapszulának, de alig tükrözi az alkáli elem belső szerkezetét, amelynek katódja a periférián van, míg az elem elemé. központi szén.
Az alkáli elem gyártása nagyon energiaigényes: körülbelül 50-szer több energia szükséges egy alkáli elem előállításához, mint amennyit élettartama alatt biztosít.
Az alkáli elemek nagyobb energiasűrűséggel és hosszabb élettartammal rendelkeznek a Leclanché akkumulátorral (más néven cink- szén- só akkumulátorral ), amelynek feszültsége szintén cellánként 1,5 volt.
Nagy teljesítményű eszközökön, például fényképezőgépeken vagy játékvezérlőkön ez akár néhány órát is igénybe vehet. Kis fogyasztású készülékeken, például órákon vagy infravörös távirányítókon, ez két-három év lehet.
A feltüntetettekkel ellentétben az alkáli elemek akár tízszer is újratölthetők, amennyiben nem töltik ki őket túlzottan, és olyan töltőt használnak, amely ismeri az ilyen típusú akkumulátorokat és a megfelelő újratöltés módját.
Az alkáli elem-regenerátornak nevezett eszközök lehetővé teszik az alkáli elemek újrafelhasználását, nem pedig egyetlen kisütési ciklus után történő kidobásukat. Valójában elektrokémiai szempontból a redox párok az anódnál és a katódnál részben reverzibilisek. Fordított kémiai reakciók lehetségesek. Az akkumulátor feszültségesése, amely természetesen a lemerülés során következik be, megfordítható áram beinjektálásával, ami elősegíti a fordított reakciót. Ez megmagyarázza, miért lehet alkalikus elemeket tízszer újrafelhasználni megfelelő elektronikus áramkörökkel.
Ezt kísérletileg megerősíti a Wonder vállalat (amely egy alkáli elemet gyártó francia vállalat) kutatóközpontjának dokumentuma. A reverzibilitás lehetséges, ha meghatározott feltételek teljesülnek:
A gyártók, akik nem alkáli elemeket terveztek újrafelhasználhatónak, javasolják, hogy az elemeket egyetlen kisütési ciklus után dobják el. Kiemelik az elemek túlmelegedésének, szivárgásának és robbanásának kockázatát (a felszabaduló hidrogéngáz nyomása és a fém cink-amalgám rossz helyreállítása miatt). Azonban alkáli elem-regenerátorok léteznek és kerülnek forgalomba.