Celula primara - Primary cell
O celulă primară este o baterie (o celulă galvanică ) care este concepută pentru a fi utilizată o dată și aruncată, și nu reîncărcată cu electricitate și reutilizată ca o celulă secundară ( baterie reîncărcabilă ). În general, reacția electrochimică care are loc în celulă nu este reversibilă, făcând celula nerecuperabilă. Pe măsură ce se utilizează o celulă primară, reacțiile chimice din baterie consumă substanțele chimice care generează energie; când au dispărut, bateria nu mai produce electricitate. În schimb, într-o celulă secundară , reacția poate fi inversată prin trecerea unui curent în celulă cu un încărcător de baterii pentru a o reîncărca, regenerând reactanții chimici. Celulele primare sunt fabricate într-o gamă de dimensiuni standard pentru a alimenta electrocasnice mici, cum ar fi lanterne și aparate de radio portabile.
Bateriile primare reprezintă aproximativ 90% din piața bateriilor de 50 de miliarde de dolari, dar bateriile secundare au câștigat cote de piață. Aproximativ 15 miliarde de baterii primare sunt aruncate în întreaga lume în fiecare an, practic toate ajungând în gropile de gunoi. Datorită metalelor grele toxice și a acizilor și alcalinilor puternici pe care îi conțin, bateriile sunt deșeuri periculoase . Majoritatea municipalităților le clasifică ca atare și necesită eliminare separată. Energia necesară pentru fabricarea unei baterii este de aproximativ 50 de ori mai mare decât energia pe care o conține. Datorită conținutului ridicat de poluanți în comparație cu conținutul lor redus de energie, bateria primară este considerată o tehnologie risipitoare, neprietenoasă pentru mediu. Datorită în principal vânzărilor în creștere a dispozitivelor fără fir și a instrumentelor fără fir care nu pot fi alimentate economic cu baterii primare și care vin cu baterii reîncărcabile integrale, industria bateriilor secundare are o creștere ridicată și a înlocuit încet bateria primară în produsele de ultimă generație.
Tendință de utilizare
La începutul secolului al XXI-lea, celulele primare au început să piardă cota de piață față de celulele secundare, deoarece costurile relative au scăzut pentru acestea din urmă. Cerințele de energie ale lanternei au fost reduse prin trecerea de la becuri incandescente la diode emițătoare de lumină .
Piața rămasă a cunoscut o concurență crescută de la versiunile private sau fără etichetă. Cota de piață a celor doi mari producători din SUA, Energizer și Duracell, a scăzut la 37% în 2012. Împreună cu Rayovac, acești trei încearcă să mute consumatorii de la zinc-carbon la baterii alcaline mai scumpe și de mai lungă durată .
Producătorii occidentali de baterii au mutat producția în larg și nu mai produc baterii zinc-carbon în Statele Unite.
China a devenit cea mai mare piață a bateriilor, cererea fiind prognozată să crească mai repede decât oriunde altundeva și s-a mutat și la celulele alcaline. În alte țări în curs de dezvoltare, bateriile de unică folosință trebuie să concureze cu dispozitivele ieftine de lichidare, eoliene și reîncărcabile care au proliferat.
Comparație între celulele primare și secundare
Celulele secundare ( bateriile reîncărcabile ) sunt, în general, mai economice de utilizat decât celulele primare. Costul inițial mai mare și costul de achiziție al unui sistem de încărcare pot fi repartizate pe mai multe cicluri de utilizare (între 100 și 1000 de cicluri); de exemplu, în sculele electrice portabile, ar fi foarte costisitor să înlocuiți un acumulator primar de mare capacitate la fiecare câteva ore de utilizare.
Celulele primare nu sunt concepute pentru reîncărcare între fabricare și utilizare, având astfel o chimie a bateriei care trebuie să aibă o rată de auto-descărcare mult mai mică decât tipurile mai vechi de celule secundare; dar au pierdut acel avantaj odată cu dezvoltarea de celule secundare reîncărcabile cu rate de descărcare foarte mici, cum ar fi celule NiMH cu auto-descărcare reduse, care dețin suficientă încărcare suficient de mult timp pentru a fi vândute ca preîncărcate.
Tipurile obișnuite de celule secundare (și anume NiMH și Li-ion) datorită rezistenței interne mult mai mici nu suferă pierderea mare de capacitate pe care o fac alcalinul, zincul-carbonul și clorura de zinc („heavy duty” sau „super heavy duty”) cu tragere mare de curent.
Bateriile de rezervă obțin un timp de depozitare foarte lung (de aproximativ 10 ani sau mai mult) fără pierderi de capacitate, separând fizic componentele bateriei și asamblându-le doar în momentul utilizării. Astfel de construcții sunt scumpe, dar se găsesc în aplicații precum munițiile, care pot fi depozitate ani de zile înainte de utilizare.
Polarizare
Un factor major care reduce durata de viață a celulelor primare este că acestea se polarizează în timpul utilizării. Aceasta înseamnă că hidrogenul se acumulează la catod și reduce eficacitatea celulei. Pentru a reduce efectele polarizării în celulele comerciale și pentru a le prelungi viața, se folosește depolarizarea chimică; adică la celulă se adaugă un agent oxidant pentru a oxida hidrogenul în apă. Dioxidul de mangan este utilizat în celula Leclanché și celulă zinc-carbon , iar acidul azotic este utilizat în celula Bunsen și celula Grove .
S-au făcut încercări de a face celule simple autodepolarizante prin asprirea suprafeței plăcii de cupru pentru a facilita detașarea bulelor de hidrogen cu puțin succes. Depolarizarea electrochimică schimbă hidrogenul cu un metal, cum ar fi cuprul (de exemplu, celula Daniell ), sau argintul (de exemplu , celula de oxid de argint ), așa-numitele.
Terminologie
Anod și catod
Terminalul bateriei ( electrod ) care dezvoltă o polaritate pozitivă de tensiune ( electrodul de carbon dintr-o celulă uscată) se numește catod și electrodul cu polaritate negativă ( zincul într-o celulă uscată) se numește anod . Acesta este reversul terminologiei utilizate într-o celulă electrolitică sau într-un tub de vid termionic . Motivul este că termenii anod și catod sunt definiți de direcția curentului electric, nu de tensiunea lor. Anodul este terminalul prin care curentul convențional (sarcina pozitivă) intră în celulă din circuitul extern, în timp ce catodul este terminalul prin care curentul convențional părăsește celula și curge în circuitul extern. Deoarece o baterie este o sursă de alimentare care furnizează tensiunea care forțează curentul prin circuitul extern, tensiunea de pe catod trebuie să fie mai mare decât tensiunea de pe anod, creând un câmp electric direcționat de la catod la anod, pentru a forța sarcina pozitivă din catod prin rezistența circuitului extern.
În interiorul celulei, anodul este electrodul în care are loc oxidarea chimică , deoarece donează electroni care curg din ea în circuitul extern. Catodul este electrodul în care are loc reducerea chimică , deoarece acceptă electronii din circuit.
În afara celulei, se utilizează o terminologie diferită. Deoarece anodul dă sarcină pozitivă electrolitului (rămânând astfel cu un exces de electroni pe care îl va dona circuitului), acesta devine încărcat negativ și, prin urmare, este conectat la terminalul marcat „-” în exteriorul celulei. Între timp, catodul donează sarcină negativă electrolitului, astfel că devine încărcat pozitiv (ceea ce îi permite să accepte electroni din circuit) și, prin urmare, este conectat la terminalul marcat cu „+” în exteriorul celulei.
Manualele vechi conțin uneori terminologii diferite care pot provoca confuzie cititorilor moderni. De exemplu, un manual din 1911 al lui Ayrton și Mather descrie electrozii ca „placa pozitivă” și „placa negativă”.
Vezi si
- Istoria bateriei
- Celule de combustibil
- Reciclarea bateriei
- Lista dimensiunilor bateriei
- Lista tipurilor de baterii
- Compararea tipurilor de baterii
- Nomenclatura bateriei