क्षारीय बैटरी

एक क्षारीय बैटरी बैटरी नामकरण | (IEC कोड: L) प्राथमिक सेल का एक प्रकार है जहां इलेक्ट्रोलाइट (आमतौर पर पोटेशियम हाइड्रोक्साइड ) का पीएच मान 7 से ऊपर होता है। आमतौर पर ये बैटरी  जस्ता  और मैंगनीज डाइऑक्साइड, निकल और के बीच प्रतिक्रिया से ऊर्जा प्राप्त करती हैं। कैडमियम, या निकल और हाइड्रोजन।

लेकलेंच सेल या जिंक क्लोराइड प्रकार की जिंक-कार्बन बैटरी | जिंक-कार्बन बैटरी की तुलना में, क्षारीय बैटरी में उच्च ऊर्जा घनत्व और लंबी शेल्फ जीवन  होती है, फिर भी समान वोल्टेज प्रदान करती है।

क्षारीय बैटरी को इसका नाम इसलिए मिला क्योंकि इसमें अम्लीय अमोनियम क्लोराइड (NH) के बजाय पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड (KOH) का क्षारीय इलेक्ट्रोलाइट होता है।4Cl) या जिंक क्लोराइड (ZnCl2) जिंक-कार्बन बैटरी का इलेक्ट्रोलाइट। अन्य बैटरी सिस्टम भी क्षारीय इलेक्ट्रोलाइट्स का उपयोग करते हैं, लेकिन वे इलेक्ट्रोड के लिए विभिन्न सक्रिय सामग्रियों का उपयोग करते हैं।

क्षारीय बैटरी अमेरिका में निर्मित बैटरी का 80% हिस्सा है और दुनिया भर में 10 बिलियन से अधिक व्यक्तिगत इकाइयों का उत्पादन करती है। जापान में, क्षारीय बैटरी सभी प्राथमिक बैटरी बिक्री का 46% हिस्सा है। स्विट्ज़रलैंड में, क्षारीय बैटरी 68%, यूके में 60% और यूरोपीय संघ में माध्यमिक प्रकार सहित सभी बैटरी बिक्री का 47% है।    क्षारीय बैटरी में जिंक (Zn) और मैंगनीज डाइऑक्साइड (MnO2) (स्वास्थ्य कोड 1), जो एक संचयी न्यूरोटॉक्सिन है और उच्च सांद्रता में विषाक्त हो सकता है। हालांकि, अन्य बैटरी प्रकारों की तुलना में, क्षारीय बैटरी की विषाक्तता मध्यम होती है। एमपी 3 प्लेयर, सीडी प्लेयर, डिजिटल कैमरा, खिलौने, टॉर्च  और रेडियो रिसीवर जैसे कई घरेलू सामानों में क्षारीय बैटरी का उपयोग किया जाता है।

इतिहास
फ़ाइल: थॉमस एडिसन का निकल-iron batteries.jpg|thumb| थॉमस एडीसन की निकल-लौह बैटरी |  एक्सीडे  ब्रांड के तहत निर्मित निकेल-लौह बैटरी, मूल रूप से 1901 में थॉमस एडिसन द्वारा विकसित पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग किया गया था। अल्कलाइन (एसिड के बजाय) इलेक्ट्रोलाइट वाली बैटरियों को पहली बार 1899 में वाल्डेमार जुंगनर द्वारा विकसित किया गया था, और स्वतंत्र रूप से काम करते हुए, थॉमस एडिसन ने 1901 में काम किया था। आधुनिक क्षारीय सूखी बैटरी, जस्ता / मैंगनीज डाइऑक्साइड रसायन विज्ञान का उपयोग करते हुए, कनाडा के इंजीनियर लुईस यूरी द्वारा आविष्कार किया गया था। 1950 के दशक में कनाडा में क्लीवलैंड, ओएच में यूनियन कार्बाइड के एवरेडी बैटरी डिवीजन के लिए काम करना शुरू करने से पहले, एडिसन द्वारा पहले के काम पर निर्माण। 9 अक्टूबर, 1957 को उरी, कार्ल कोर्डेश और पी.ए. मार्सल ने क्षारीय बैटरी के लिए यूएस पेटेंट (2,960,558) दायर किया। इसे 1960 में प्रदान किया गया था और इसे यूनियन कार्बाइड कॉर्पोरेशन को सौंपा गया था। जब 1960 के दशक के अंत में क्षारीय बैटरियों को पेश किया गया था, तो उनके जस्ता इलेक्ट्रोड (तत्कालीन सर्वव्यापी कार्बन-जस्ता कोशिकाओं के साथ) में पारा (तत्व) अमलगम (रसायन विज्ञान) की एक सतह फिल्म थी। इसका उद्देश्य जिंक में अशुद्धियों पर इलेक्ट्रोलाइटिक क्रिया को नियंत्रित करना था; कि अवांछित इलेक्ट्रोलाइटिक क्रिया शेल्फ जीवन को कम करेगी और रिसाव को बढ़ावा देगी। जब विभिन्न विधायिकाओं द्वारा पारा सामग्री में कमी को अनिवार्य किया गया, तो जस्ता की शुद्धता और स्थिरता में काफी सुधार करना आवश्यक हो गया।

रसायन विज्ञान
एक क्षारीय बैटरी में, नकारात्मक इलेक्ट्रोड जस्ता है और सकारात्मक इलेक्ट्रोड मैंगनीज डाइऑक्साइड (MnO2). प्रतिक्रिया के दौरान पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड (केओएच) की क्षारीयता इलेक्ट्रोलाइट का उपभोग नहीं किया जाता है (इसे पुनर्जीवित किया जाता है), केवल जिंक और एमएनओ2 डिस्चार्ज के दौरान सेवन किया जाता है। पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड के क्षारीय इलेक्ट्रोलाइट की सांद्रता स्थिर रहती है, क्योंकि इसमें हाइड्रॉक्साइड|OH की समान मात्रा होती है− इलेक्ट्रोड पर होने वाली दो अर्ध-प्रतिक्रियाओं में आयनों का उपभोग और उत्पादन होता है।

दो अर्ध-प्रतिक्रियाएं हैं:


 * एनोड (ऑक्सीडेशन रिएक्शन), नेगेटिव चार्ज इलेक्ट्रोड क्योंकि स्वीकार करना सेल में रिडक्टेंट से:
 * जेएन(s) + 2 ओह -(aq) → ZnO(s) + एच2O(l) + 2 और -  (ई °ox = +1.28 वी)


 * कैथोड (रिडक्शन रिएक्शन), धनावेशित इलेक्ट्रोड देने के कारण सेल में ऑक्सीकारक के लिए:
 * 2 एमएनओ2(s) + एच2O(l) + 2 और− → एमएन2O3(s) + 2 ओह -(aq) (ई °red = +0.15 वी)

समग्र प्रतिक्रिया (एनोडिक और कैथोडिक प्रतिक्रियाओं का योग) है:
 * जेएन(s) + 2 एमएनओ2(s) ZnO(s) + एमएन2O3(s)  (ई °cell = ई °ox + ई °red = +1.43 वी)

क्षमता
एक क्षारीय बैटरी की क्षमता एक समान आकार के लेकलेंच सेल या जिंक क्लोराइड सेल से अधिक होती है क्योंकि मैंगनीज डाइऑक्साइड शुद्ध और सघन होता है, और इलेक्ट्रोड जैसे आंतरिक घटकों द्वारा कम जगह ली जाती है। एक क्षारीय कोशिका एक अम्लीय कोशिका की क्षमता का तीन से पाँच गुना तक प्रदान कर सकती है।

एक क्षारीय बैटरी की क्षमता भार पर अत्यधिक निर्भर है। एक एए बैटरी के आकार की अल्कलाइन बैटरी की क्षमता 3000 mAh की कम निकासी पर हो सकती है, लेकिन 1 एम्पेयर  के लोड पर, जो कि डिजिटल कैमरों के लिए सामान्य है, क्षमता 700 एम्पीयर घंटा जितनी कम हो सकती है। उपयोग के दौरान बैटरी का वोल्टेज तेजी से घटता है, इसलिए कुल प्रयोग करने योग्य क्षमता एप्लिकेशन के कटऑफ वोल्टेज पर निर्भर करती है।

लेकलेंच कोशिकाओं के विपरीत, क्षारीय कोशिका आंतरायिक या निरंतर प्रकाश भार पर लगभग उतनी ही क्षमता प्रदान करती है। भारी भार पर, आंतरायिक निर्वहन की तुलना में निरंतर निर्वहन पर क्षमता कम हो जाती है, लेकिन कमी Leclanche कोशिकाओं की तुलना में कम होती है।

वोल्टेज
निर्माता मानकों द्वारा स्थापित एक ताजा क्षारीय सेल का नाममात्र वोल्टेज 1.5 V है। एक नई क्षारीय बैटरी का वास्तविक शून्य-लोड वोल्टेज 1.50 से 1.65 V तक होता है, जो मैंगनीज डाइऑक्साइड की शुद्धता और जिंक ऑक्साइड की सामग्री पर निर्भर करता है। इलेक्ट्रोलाइट में। लोड पर दिया गया वोल्टेज कम हो जाता है क्योंकि वर्तमान खींचा जाता है और सेल डिस्चार्ज होता है। एक सेल को पूरी तरह से डिस्चार्ज माना जाता है जब वोल्टेज लगभग 1.0 V तक गिर जाता है। श्रृंखला में जुड़े सेल एक वोल्टेज उत्पन्न करते हैं जो प्रत्येक सेल के वोल्टेज का योग होता है (उदाहरण के लिए, तीन सेल नए होने पर लगभग 4.5 V उत्पन्न करेंगे)।

वर्तमान
विद्युत प्रवाह की मात्रा एक क्षारीय बैटरी वितरित कर सकती है जो इसके भौतिक आकार के लगभग आनुपातिक है। यह आंतरिक प्रतिरोध घटने का परिणाम है क्योंकि सेल का आंतरिक सतह क्षेत्र बढ़ता है। अंगूठे का एक नियम यह है कि एए क्षारीय बैटरी बिना किसी महत्वपूर्ण ताप के 700 एमए वितरित कर सकती है। बड़ी कोशिकाएँ, जैसे C और D कोशिकाएँ, अधिक धारा प्रदान कर सकती हैं। शक्तिशाली पोर्टेबल ऑडियो उपकरण जैसे कई एम्पीयर की धाराओं की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों को बढ़े हुए भार को संभालने के लिए डी-आकार के सेल की आवश्यकता होती है।

इसकी तुलना में, लिथियम धातु बैटरी  | लिथियम-आयरन और Ni-MH बैटरी मानक AA आकार पर आसानी से 2 amps संभाल सकती हैं।

निर्माण
क्षारीय बैटरी मानक बेलनाकार रूपों में जस्ता-कार्बन बैटरी के साथ विनिमेय और बटन रूपों में निर्मित होती हैं। एक सच्ची बैटरी बनाने के लिए कई अलग-अलग सेल आपस में जुड़े हो सकते हैं, जैसे कि नौ वोल्ट की बैटरी |9-वोल्ट पीपी3-आकार की बैटरी।

एक बेलनाकार सेल एक खींचे हुए स्टेनलेस स्टील कैन में समाहित है, जो कैथोड कनेक्शन है। सकारात्मक इलेक्ट्रोड मिश्रण कार्बन पाउडर के साथ मैंगनीज डाइऑक्साइड का एक संपीड़ित पेस्ट है जो चालकता में वृद्धि के लिए जोड़ा जाता है। पेस्ट को कैन में दबाया जा सकता है या प्री-मोल्डेड रिंग्स के रूप में जमा किया जा सकता है। कैथोड का खोखला केंद्र एक विभाजक के साथ पंक्तिबद्ध होता है, जो इलेक्ट्रोड सामग्री के संपर्क और सेल के शॉर्ट-सर्किट को रोकता है। विभाजक सेलूलोज़ या सिंथेटिक बहुलक की गैर-बुना परत से बना है। विभाजक को आयनों का संचालन करना चाहिए और अत्यधिक क्षारीय इलेक्ट्रोलाइट समाधान में स्थिर रहना चाहिए।

नकारात्मक इलेक्ट्रोड पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड इलेक्ट्रोलाइट युक्त जेल में जिंक पाउडर के फैलाव से बना होता है। धातु के कैन की तुलना में जिंक पाउडर रासायनिक प्रतिक्रियाओं के लिए अधिक सतह क्षेत्र प्रदान करता है। यह सेल के आंतरिक प्रतिरोध को कम करता है। अपने जीवन के अंत में सेल के गैसिंग को रोकने के लिए, सभी जिंक के साथ प्रतिक्रिया करने के लिए आवश्यकता से अधिक मैंगनीज डाइऑक्साइड का उपयोग किया जाता है। इसके अलावा, रिसाव प्रतिरोध को बढ़ाने के लिए आमतौर पर प्लास्टिक से बना पाल बांधने की रस्सी जोड़ा जाता है।

सेल को फिर अल्युमीनियम  पन्नी, एक प्लास्टिक की फिल्म, या शायद ही कभी, कार्डबोर्ड में लपेटा जाता है, जो रिसाव संरक्षण की अंतिम परत के रूप में कार्य करता है और साथ ही एक सतह प्रदान करता है जिस पर लोगो और लेबल मुद्रित किए जा सकते हैं।

बैटरी आकार की सूची का वर्णन करते समय | एएए, एए, सी, उप-सी और डी आकार की कोशिकाओं, नकारात्मक इलेक्ट्रोड फ्लैट अंत से जुड़ा होता है, और सकारात्मक टर्मिनल उठाए गए बटन के साथ अंत होता है। यह आमतौर पर बटन कोशिकाओं में उलटा होता है, जिसमें फ्लैट-एंडेड बेलनाकार सकारात्मक टर्मिनल हो सकता है।

क्षारीय बैटरी का रिचार्जिंग
कुछ क्षारीय बैटरी को कुछ बार रिचार्ज करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, और उन्हें रिचार्जेबल क्षारीय बैटरी के रूप में वर्णित किया गया है। मानक क्षारीय बैटरियों को रिचार्ज करने के प्रयासों से टूटना हो सकता है, या खतरनाक तरल पदार्थों का रिसाव हो सकता है जो उपकरण को खराब कर देगा। हालाँकि, यह बताया गया है कि मानक क्षारीय बैटरियों को अक्सर कुछ बार (आमतौर पर दस से अधिक नहीं) रिचार्ज किया जा सकता है, यद्यपि प्रत्येक चार्ज के बाद कम क्षमता के साथ; चार्जर व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हैं। यूके उपभोक्ता संगठन कौन सा? रिपोर्ट में बताया गया है कि इसने एनर्जाइज़र एल्कलाइन बैटरी वाले दो ऐसे चार्जर का परीक्षण किया, जिसमें पाया गया कि बैटरी की क्षमता दो चक्रों के बाद (बिना यह बताए कि वे रिचार्ज करने से पहले कितने कम थे) दो बार रिचार्ज करने के बाद, भारी विविधताओं के साथ, अपने मूल मूल्य के औसतन 10% तक गिर गई। 2017 में गौतम जी. यादव ने रिपोर्ट प्रकाशित की थी कि मैंगनीज डाइऑक्साइड की सैद्धांतिक दूसरी इलेक्ट्रॉन क्षमता के कारण तांबे के आयनों के साथ इंटरलेइंग करके बनाई गई क्षारीय बैटरी को 6,000 से अधिक चक्रों के लिए रिचार्ज किया जा सकता है। कॉपर इंटरकलेटेड मैंगनीज डाइऑक्साइड के साथ इन रिचार्जेबल बैटरियों की ऊर्जा घनत्व 160Wh/L से अधिक होने की सूचना है, जो जलीय-आधारित रसायन विज्ञान में सबसे अच्छा है। यदि बैटरियों में जिंक के उपयोग में सुधार किया जाता है तो यह लिथियम-आयन (> 250Wh/L) की तुलना में ऊर्जा घनत्व के लिए सक्षम हो सकता है।

लीक
क्षारीय बैटरियों से पोटैशियम हाइड्रॉक्साइड का रिसाव होने का खतरा होता है, यह एक कास्टिक एजेंट है जो श्वसन, आंख और त्वचा में जलन पैदा कर सकता है। डिस्पोजेबल क्षारीय कोशिकाओं को रिचार्ज करने का प्रयास न करके, एक ही डिवाइस में विभिन्न बैटरी प्रकारों को न मिलाकर, एक ही समय में सभी बैटरियों को बदलकर, एक सूखी जगह और कमरे के तापमान पर बैटरियों को स्टोर करके इसके जोखिम को कम किया जा सकता है। और उपकरणों के भंडारण के लिए बैटरी निकालकर।

सभी बैटरी धीरे-धीरे स्व-निर्वहन (चाहे डिवाइस में स्थापित हो या नहीं) और मृत बैटरी अंततः लीक हो जाएगी। अत्यधिक उच्च तापमान भी बैटरी के फटने और रिसाव का कारण बन सकता है (जैसे कि गर्मियों के दौरान कार में) और साथ ही बैटरी की शेल्फ लाइफ कम हो जाती है।

रिसाव का कारण यह है कि बैटरी के निर्वहन के रूप में - या तो उपयोग या धीरे-धीरे स्व-निर्वहन के माध्यम से - कोशिकाओं का रसायन विज्ञान बदल जाता है और कुछ हाइड्रोजन गैस उत्पन्न होती है। यह आउट-गैसिंग बैटरी में दबाव बढ़ाता है। आखिरकार, अतिरिक्त दबाव या तो बैटरी के अंत में इंसुलेटिंग सील, या बाहरी धातु कनस्तर, या दोनों को तोड़ देता है। इसके अलावा, बैटरी की उम्र के रूप में, इसकी स्टील बाहरी कनस्तर धीरे-धीरे खराब हो सकती है या जंग लग सकती है, जो रोकथाम विफलता में और योगदान दे सकती है।

एक बार बाहरी स्टील के खोल के क्षरण के कारण रिसाव हो जाने के बाद, पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड पोटेशियम कार्बोनेट की एक पंखदार क्रिस्टलीय संरचना बनाने के लिए हवा से कार्बन डाईऑक्साइड  को अवशोषित करता है जो समय के साथ बैटरी से बढ़ता और फैलता है, धातु इलेक्ट्रोड के साथ सर्किट बोर्डों के लिए जहां यह तांबे की पटरियों और अन्य घटकों का ऑक्सीकरण शुरू करता है, जिससे स्थायी सर्किटरी क्षति होती है।

डिवाइस के बाहर एक प्यारे कोटिंग बनाने के लिए बैटरी कवर के आसपास की सीम से लीक क्रिस्टलीय वृद्धि भी निकल सकती है, जो लीकिंग डिवाइस के संपर्क में आने वाली किसी भी वस्तु को जंग लगाती है।

निस्तारण
चूंकि क्षारीय बैटरियों को 1996 से कम पारा के साथ बनाया गया था, क्षारीय बैटरियों को कुछ स्थानों पर नियमित घरेलू कचरे के रूप में निपटाने की अनुमति है। हालाँकि, पारे के साथ पुरानी क्षारीय बैटरियाँ, और शेष अन्य भारी धातु (रसायन विज्ञान) और सभी बैटरियों (नई और पुरानी) में संक्षारक रसायन, अभी भी निपटान के लिए समस्याएँ पेश करते हैं - विशेष रूप से लैंडफिल में। घरेलू कचरे से सभी को बाहर करके बैटरियों के निपटान को सरल बनाने का भी मुद्दा है, ताकि सबसे जहरीली बैटरियों को सामान्य अपशिष्ट धाराओं से अलग किया जा सके।

निपटान क्षेत्राधिकार से भिन्न होता है। उदाहरण के लिए, कैलिफोर्निया राज्य सभी बैटरियों को त्यागने पर खतरनाक अपशिष्ट मानता है, और घरेलू कचरे में बैटरियों के निपटान पर प्रतिबंध लगा दिया है। यूरोप में, बैटरी के निपटान को अपशिष्ट विद्युत और इलेक्ट्रॉनिक उपकरण निर्देश और बैटरी निर्देश नियमों द्वारा नियंत्रित किया जाता है, और इस तरह क्षारीय बैटरी को घरेलू कचरे के साथ नहीं फेंकना चाहिए। यूरोपीय संघ में, बैटरी बेचने वाले अधिकांश स्टोरों को रीसाइक्लिंग के लिए पुरानी बैटरी को स्वीकार करने के लिए कानून की आवश्यकता होती है।

पुनर्चक्रण
डिस्पोजेबल बैटरी का उपयोग हर साल 5-6% बढ़ जाता है। अतीत में, उपयोग की गई बैटरियां लैंडफिल साइटों पर समाप्त हो जाती थीं, लेकिन 2004 में, लैंडफिल साइटों पर क्षारीय बैटरियों का निपटान यूरोपीय संघ के नियमों द्वारा प्रतिबंधित कर दिया गया था। यूरोपीय संघ के सदस्य देश 2016 तक 50% क्षारीय बैटरी को पुनर्चक्रित करने के लिए प्रतिबद्ध हैं। इस प्रकार पुनर्चक्रण की आवश्यकता प्रति वर्ष 125,000 टन है। क्षारीय बैटरी का हिस्सा पूरे का लगभग 80% है।

अमेरिका में, केवल एक राज्य, कैलिफ़ोर्निया में, सभी क्षारीय बैटरियों को पुनर्चक्रित करने की आवश्यकता होती है। वरमोंट में एक राज्यव्यापी क्षारीय बैटरी संग्रह कार्यक्रम भी है। अन्य अमेरिकी राज्यों में, व्यक्ति बैटरी पुनर्चक्रण किट खरीद सकते हैं जिसका उपयोग पुनर्चक्रणकर्ताओं को बैटरी भेजने के लिए किया जाता है। आईकेईए जैसे कुछ स्टोर रीसाइक्लिंग के लिए क्षारीय बैटरी भी एकत्र करते हैं। हालांकि, कुछ चेन स्टोर जो बैटरी रीसाइक्लिंग (जैसे बेस्ट बाय) का विज्ञापन करते हैं, केवल रिचार्जेबल बैटरी स्वीकार करते हैं और आम तौर पर क्षारीय बैटरी स्वीकार नहीं करते हैं। रीसाइक्लिंग के लिए, कुचल क्षारीय बैटरी से धातुओं को यांत्रिक रूप से अलग किया जाता है, और जिंक, मैंगनीज डाइऑक्साइड और पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड को अलग करने के लिए अपशिष्ट काले द्रव्यमान का रासायनिक उपचार किया जाता है।

यह भी देखें

 * बैटरी का इतिहास
 * बैटरी नामकरण
 * लुईस उरी
 * ऑक्सीराइड बैटरी
 * फिर से चार्ज करने लायक संप्रहार
 * रिचार्जेबल क्षारीय बैटरी
 * बैटरी आकार की सूची
 * बैटरी प्रकारों की सूची
 * बैटरी पुनर्चक्रण
 * बैटरी रखने वाला
 * बैटरी प्रकारों की सूची
 * एडिसन-लालंडे सेल (एक प्रारंभिक क्षारीय प्राथमिक बैटरी)
 * बैटरी प्रकार की तुलना

बाहरी संबंध

 * Alkaline Material Safety Data for Duracell Alkaline Batteries
 * Alkaline Batteries
 * Brand Neutral Alkaline Battery Specifications Based on ANSI Standards
 * Overview of Battery Standards and Testing