این مقاله به بررسی پتاسیم هیدروکسید در باتری ها و تولید سلول سوختی می پردازد.
باتری های قلیایی به معنای واقعی کلمه بخشی اساسی از زندگی ما شده اند. از آنها در همه چیز، از سمعک گرفته تا کنترل از راه دور، اسباب بازی ها و بازی های ویدیویی استفاده می شود. در حقیقت، این صنعت از زمان تاسیس در دهه 1950 به یک صنعت چند میلیارد دلاری تبدیل شده است. انتظار می رود بازار باتری های قلیایی تا سال 2022 به ارزش 8 میلیارد یورو رشد کند.
باتری های قلیایی اساساً یک واکنش شیمیایی حاوی هستند. هر سلول از یک آند، یک کاتد و یک ماده الکترولیت تشکیل شده است که انتقال الکترون را تسهیل می کند. در یک باتری قلیایی استاندارد، کاتد از دی اکسید منگنز ساخته شده است که به صورت یک لایه در قسمت داخلی باتری ایجاد می شود. آند از پودر روی پراکنده شده در محلول الکترولیت تشکیل شده است. هیدروکسید پتاسیم در باتری ها، محلول استاندارد الکترولیت باتری های قلیایی است. از دیگر اجزای موجود در باتری می توان به جداکننده برای نگهداری آند و کاتد به صورت الکتریکی و یک جمع کننده جریان برای گرفتن الکترون ها اشاره کرد.
وقتی باتری قلیایی به مدار وصل می شود، واکنش شیمیایی اتفاق می افتد. یک واکنش احیا در کاتد برای تولید یون های هیدروکسیل اتفاق می افتد. همزمان آند روی با مصرف یون های هیدروکسیل که طی آن الکترون آزاد می شود، اکسید می شود. این الکترون ها هستند که دستگاه های الکتریکی را تأمین می کنند.هنگامی که منابع برای تکمیل واکنش شیمیایی تخلیه می شوند، یک باتری قلیایی صاف می شود. اولین ماده شیمیایی که تمام می شود دی اکسید منیزیم است، به این معنی که دیگر نمی توان یون هیدروکسیل ایجاد کرد و دیگر الکترون آزاد نمی شود.
توجه به این نکته ضروری است که ولتاژ باتری در طول عمر آن کاهش می یابد. این قابل قبول است زیرا دستگاه های الکتریکی می توانند در محدوده 0.9 تا 1.5 ولت عملکرد عادی داشته باشند.تولیدکنندگان باتری عملکرد باتری های قلیایی و عواملی را که بر عملکرد آنها تأثیر می گذارند به شرح زیر شرح می دهند:هرچه دما سردتر باشد، باتری قلیایی کارایی کمتری دارد. دمای سرد از حرکت یون ها جلوگیری می کند. کاهش سرعت فعالیت شیمیایی ولتاژ باتری را کاهش می دهد در حالی که جریان کشیده شده ثابت می ماند.یکی دیگر از عوامل موثر بر عمر باتری قلیایی، میزان جریان کشیده شده است. هرچه بار باتری بیشتر شود ، مواد شیمیایی سریعتر تخلیه می شوند و باتری صاف می شود که این از کاربردهای پتاسیم هیدروکسید است.
قبل از اختراع باتری های قلیایی، متداول ترین نوع باتری مورد استفاده باتری کربن روی بود. اما عملکرد باتری های قلیایی بسیار فراتر از فناوری قبلی است. شدت آنها دو برابر است و بین چهار تا نه برابر بیشتر دوام می آورند. باتری های قلیایی نیز ماندگاری بسیار خوبی دارند، تا ده سال دوام می آورند، بدون اینکه افت عملکرد قابل توجهی داشته باشند.باتری های قابل شارژ مانند باتری های هیدروژن فلز نیکل و باتری های یون لیتیوم به دلیل کاهش ضایعات حاصل از شارژ، محبوبیت بیشتری پیدا کرده اند. باتری های لیتیوم یونی باتری های با عملکرد بالا هستند، که توانایی تولید ظرفیت قابل توجهی بالاتر از باتری های قلیایی را دارند. همچنین قیمت آنها بسیار گران است و همین امر باعث می شود تا در بسیاری از موارد استفاده روزانه الکترونیکی باتری های قلیایی کمتر مناسب باشند.
باتری های قلیایی هیدروکسید پتاسیم برای محیط زیست مضر نیستند. آنها حاوی مواد شیمیایی سمی مانند جیوه نیستند که مواد کنترل شده هستند. به همین ترتیب، می توان آنها را به عنوان زباله غیر خطرناک دفع کرد. با این حال، همیشه بازیافت مواد بهتر از ارسال آنها به محل های دفن زباله است که به تدریج تجزیه می شوند. هر باتری قلیایی حاوی مقادیر کمی روی، منگنز و فولاد است که در صورت بازیابی هر یک از آنها قابل استفاده مجدد است.
همانطور که بدون شک متوجه شده اید، مواد قلیایی مستعد نشت هستند.اگر صاحب چراغ قوه، از راه دور تلویزیون اضافی یا خرس عروسکی هستید، مطمئناً یاد گرفته اید که چه می شود وقتی باتری های قلیایی را برای مدت طولانی در دستگاه نصب می کنید.باتری به عنوان یک مخزن سوخت کوچک که برای قرار دادن یک واکنش شیمیایی ساخته شده است، کمک می کند. با تعامل عناصر موجود در آن مخزن، تولید نیرو از طریق استفاده یا خود تخلیه، الکترولیت مایع تجزیه می شود و گاز هیدروژن آزاد می کند. و گاز همانطور که همه ما می دانیم فشار ایجاد می کند.هنگامی که مهر و موم های عایق انتهای باتری شکسته شد (در برخی موارد ممکن است کپسول استیل بیرونی نیز زنگ زده و از بین برود)، هیدروژن بدون اطلاع قبلی از آن خارج می شود. اما الکترولیت مایع، در این حالت هیدروکسید پتاسیم با آن خارج می شود.
هیدروکسید پتاسیم می تواند باعث تحریک چشم، پوست و تنفس شود. اگر در تماس با پوستتان بود، خوب بشویید و با پزشک مشورت کنید تا ببینید آیا به مراقبت پزشکی نیاز دارید یا خیر.به طور کلی، اگرچه، هیدروکسید پتاسیم به هوای آزاد می رسد و با دی اکسید کربن واکنش می دهد و کربنات پتاسیم را ایجاد می کند. آن پودر سفید رنگی که روی پوسته باتری کیک می شود، یكی از پایدارترین تركیبات در جهان است که در اصل شبیه سنگ نمک است.برای ایمنی، هنگام استفاده از پودر هنوز باید دستکش بپوشید و از تنفس یا خوردن آن خودداری کنید.
برای تمیز کردن وسیله ای که با عواقب نشت باتری پخته شده است، یک پنبه را به اسیدی مانند آب لیمو یا سرکه سفید مقطر آغشته کرده و روی کربنات پتاسیم بمالید، که خنثی می کند. شما نمی خواهید این اسید سایر اجزای دستگاه را خراب کند. مایع در اثر تعامل با کربنات پتاسیم شروع به گاز می کند. هنگامی که پودر سفید نرم شد، می توانید آن را با پارچه یا مسواک به آرامی مالش دهید.
فناوری سلول سوختی قلیایی (AFC) در سال 1959 توسط فرانسیس توماس بیکن توسعه یافت و پتاسیم هیدروکسید در باتری ها و تولید سلول سوختی استفاده گردید. با استفاده از یک الکترولیت قلیایی مانند هیدروکسید پتاسیم (KOH) در آب و کاتدهایی که معمولاً با پلاتین ساخته می شوند، سلول های سوختی از جمله کارآمدترین نوع پیل های سوختی هستند که تا 60٪ بازده (تا 87٪ گرما و انرژی ترکیبی) می رسند. پیل های سوختی قلیایی نیز عملکرد فوری و بدون پیش گرمایش، حتی در دمای زیر صفر را نیز دارند. ناسا، از سلول های سوختی قلیایی برای ناوگان شاتل فضایی و همچنین برنامه آپولو استفاده می کند، عمدتا به دلیل کارآیی تولید انرژی که به 70 درصد نزدیک می شود. سلول های قلیایی همچنین آب آشامیدنی فضانوردان را تأمین می کنند. این سلول ها برای برنامه های تجاری گران هستند. اما چندین شرکت در حال بررسی روش های کاهش هزینه ها و بهبود قابلیت انطباق سلول ها هستند. بیشتر این سلول های سوختی قلیایی برای کاربردهای حمل و نقل در حال طراحی هستند.