Pile alcaline: reazioni

Le pile alcaline furono studiate negli anni ’50 dello scorso secolo per risolvere alcuni dei problemi che si presentavano con le  pile zinco-carbonio e furono inventate dall’ingegnere canadese Lewis Urry.

Come suggerisce il nome, questi tipi di pile utilizzano elettroliti alcalini come idrossido di potassio.
In una pila alcalina l’anodo è costituito da zinco mentre il catodo da ossido di manganese (IV).

Durante il funzionamento del dispositivo sono consumati Zn e MnO₂ mentre la concentrazione di KOH non varia nel tempo in quanto esso viene sia utilizzato che prodotto nel corso della reazione in uguale quantità.

La presenza dell’idrossido di potassio è di rilevante importanza sia perché:

• non si verifica produzione di gas durante il funzionamento
• non si verificano cadute di tensione che rimane costante nel tempo anche sotto un carico consistente.

La polvere di zinco e di ossido di manganese (IV) sono immerse in una pasta gelatinosa di KOH e sono separate da una membrana che consente il passaggio di ioni ma non delle due sostanze polverizzate.

Reazione nelle pile alcaline

Le semireazioni che avvengono sono:

anodo: Zn_(s) + 2 OH^–_(aq)→ ZnO_(s) + H₂O_(l) + 2 e^–   E° = + 1.28 V
catodo: 2 MnO_2(s) + H₂O_(l) + 2 e^–  → Mn₂O_3(s) + 2 OH^–_(aq)   E° = + 0.15 V

La reazione complessiva è quindi:
Zn_(s) + 2 MnO_2(s) → ZnO_(s) + Mn₂O_3(s)  con un potenziale di + 1.43 V

Le batterie alcaline hanno una maggiore densità di energia rispetto ad altri tipi di pile e ciò implica che, a parità di energia fornita durano più a lungo delle altre. Inoltre se non sono utilizzate perdono solo il 5% della loro energia ogni anno quindi possono essere conservate a lungo.

Lo svantaggio delle pile alcaline rispetto alle altre è il costo maggiore. Le macchine fotografiche e telecamere digitali che assorbono alte correnti utilizzano pile alcaline oltre ad avere maggiore durata