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
Le semireazioni che avvengono sono:
anodo: Zn(s) + 2 OH–(aq)→ ZnO(s) + H2O(l) + 2 e– E° = + 1.28 V
catodo: 2 MnO2(s) + H2O(l) + 2 e– → Mn2O3(s) + 2 OH–(aq) E° = + 0.15 V
La reazione complessiva è quindi:
Zn(s) + 2 MnO2(s) → ZnO(s) + Mn2O3(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