Le batterie alcaline furono inventate negli anni ‘50 da un ingegnere canadese, Lewis Urry, e sono l'evoluzione delle pile a secco zinco-carbone.
L'ossidante e il riducente sono ancora biossido di manganese (MnO2) e zinco metallico (Zn), ma lo Zn non forma più il contenitore esterno, bensì è inserito in forma di polvere attorno ad una barra metallica inerte (anodo). MnO2 è anch'esso una polvere a contatto con il contenitore esterno metallico e inerte (catodo).
Le due polveri di Zn e MnO2 sono immerse in una pasta gelatinosa, alcalina appunto, di idrossido di potassio (KOH) come elettrolita e sono separate da un separatore che fa passare ioni, ma non le due sostanze solide polverizzate. La presenza del KOH è fondamentale in quanto ha il vantaggio di non produrre gas durante il funzionamento (esempio NH3) e di non avere cadute di tensione (∆E), che rimane costante e pari ad 1,5 V.
L'estremità della barra di metallo che funge da anodo è a contatto con un dischetto di metallo sulla base inferiore del cilindro della pila, estendendo quindi la funzione anodica a tutto il dischetto. Quest'ultimo è separata dal contenitore esterno catodico di metallo da un sigillante di plastica non conduttore che evita il corto circuito.
A differenza della tradizionale pila zinco-carbone, nella pila alcalina entrambi i potenziali di riduzione (E) all'anodo e al catodo sono noti, stabili e costanti durante il funzionamento della pila, garantendo una ∆E = 1,5 V.
Inoltre Zn e MnO2 non sono adesso a contatto (divisi dal separatore) e quindi non reagiscono tra di loro quando la pila è a riposo (no scarica a riposo). Non si liberano gas e non vi sono reazioni indesiderate, impedendo cadute di potenziale (∆E stabile). Infine non c'è consumo del contenitore della pila e quindi non ci sono perdite.

Rappresentazione schematica di una batteria alcalina. Polvere di MnO2 (marrone); polvere di Zn (grigio chiaro); separatore (grigio scuro); barra di metallo e adesa superficie metallica che fungono da anodo e contenitore metallico che funge da catodo (grigio); sigillante di plastica e membrana di sovrappressione (giallo); etichetta (verde).

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