Alkalinebatterij

Alkalinebatterijen vinden gebruikstoepassing in bijvoorbeeld speelgoed, flitslampen van camera's en mp3-spelers. De alkalinebatterij is een batterij met goede prestaties, zelfs bij lage temperaturen. Deze batterijen hebben een hoog opslagvermogen en een lange levensduur.

Vroeger bevatten deze batterijen kwik en cadmium om de overgang van zink en water naar zinkoxide en waterstof tegen te gaan, maar tegenwoordig worden de percentages zware metalen steeds meer teruggeschroefd en vervangen door andere stabilisatoren zoals bismut (correct gezien nog steeds een zwaar metaal, maar veel minder giftig dan kwik), aluminium en calcium[3]

De kathode van de alkalinebatterij staat inwendig in contact met de stalen beker die het kenmerkende 'puntje' heeft om de positieve pool van de batterij aan te duiden. Het label rond de batterij is niet geleidend waardoor de vingers van de gebruiker geïsoleerd zijn van de kathode.
De anodepen (nagel), die in de pasta is aangebracht, hangt vast aan de negatieve pool die wij herkennen als de vlakke zijde van een batterij. Tussen de pasta en de bodemplaat zit een afdichting met een kleine verzwakking. Als de batterij door verkeerde handeling of defect, inwendig gas zou ontwikkelen dan scheurt de dichting zodat de druk binnen de batterij niet hoog genoeg kan oplopen om de batterij te doen ontploffen. Hierdoor kan een batterij beginnen te lekken.

Beide polen zijn inwendig van elkaar gescheiden door een separatorpapier en bodemisolator om kortsluiting te voorkomen.[4]

Aan de anode gebeurt er een chemische reactie. Er worden elektronen door het neutrale zink afgestaan en positieve zinkionen worden gevormd. Het zink gaat in oplossing maar de elektronen blijven achter, waardoor er een teveel is aan elektronen en de minpool ontstaat.[5]

Zn + 2 OH⁻ → ZnO + H₂O + 2 e⁻

Het resulterend zinkoxide wordt ook weleens 'wit zink' genoemd en is de reden dat men de batterij niet kan heropladen (zie hoofdstuk 'oplaadbaarheid').[6]

Aan de kathode vindt er ook een chemische reactie plaats. Hier worden de elektronen uit de andere reactie opgenomen, waardoor deze kant van de batterij de pluspool wordt.

2 MnO₂ + 2 H₂O + 2 e⁻ → 2 MnO(OH) + 2 OH⁻

Dit vormt een totaalreactie die behoort tot de groep van redoxreacties.

2 MnO₂ + Zn + H₂O → 2 MnO(OH) + ZnO[3]

Wanneer men nu de anode met de kathode verbindt zal er een elektronenstroom ontstaan. De elektrolyt dient hier als bevordering van de geleidbaarheid voor de ionen. Als er meer elektronen worden afgegeven is er dus ook een grotere stroom; om meer elektronen af te geven heeft men meer zinkatomen nodig die een reactie aangaan. Daarom is het belangrijk dat er een zo groot mogelijk zinkoppervlakte benut wordt.

Alkalinebatterijen zijn per definitie niet herlaadbaar. Dit komt omdat binnenin een niet-herlaadbare batterij een chemische reactie plaatsvindt die niet omkeerbaar is (zie hoofdstuk 'werking').

Dit wil zeggen dat als men de batterij in verschillende toestanden verdeelt, namelijk A (opgeladen), B (leeg) en C (heropgeladen), de volgende overgangen ontstaan: Vanuit de opgeladen toestand A laat men energie leveren door de chemische reactie binnen in de batterij. Zodra de batterij 'leeg' is komt men in toestand B, door de chemische reactie binnenin de batterij zijn de stoffen zich anders gaan vormen en gedragen. Door een herlaadbare batterij op te laden zou men van toestand B opnieuw naar A kunnen gaan, maar omdat bij een niet-heroplaadbare batterij de reactie niet omkeerbaar is zou men, door de batterij toch op te laden, naar een 'imperfecte' toestand A gaan hetgeen we nu toestand C noemen.

Door de batterij op te laden gaat de reactie zich proberen om te keren. Concreet gaat het opgeloste zink zich klonteren (vorming van 'wit zink') wanneer men van toestand B naar toestand C gaat. Het geklonterde zink geeft een minder goede reactie wanneer men de batterij opnieuw wil ontladen. Dit merkt men doordat de batterij nu minder spanning geeft. Door het chemische proces te dwingen zich om te vormen naar C is er een hoog risico op beschadiging van de batterij met lekkage of erger als gevolg. Er worden wel toestellen aangeboden om alkalinebatterijen op te laden en het is ook bekend dat dit bij sommige mensen gelukt is, maar met als voorwaarde dat dit maar een zeer klein aantal keren gebeurt (men spreekt hier van minder dan tienmaal). Dit is gevaarlijk, met risico op explosie, en wordt afgeraden door de fabrikant.

Zie de categorie Alkaline batteries van Wikimedia Commons voor mediabestanden over dit onderwerp.