Zink Karboon Batterye | Tipes van Zink Karboon Batterye | Voordelae en Nadelae
Sinkkarbon Batterij
Sinkkarbon batterij word al 100 jaar wye gebruik. Daar is twee tipes sinkkarbon batterije beskikbaar – Leclanche batterij en Sinkchloride batterij. Dit is primêre batterije. Hierdie batterij is deur Goerge Lionel Leclanche in 1866 uitgevind. Dit was die eerste batterij waarin 'n laag korrosiewe elektroliet soos ammonium chloride gebruik is. Vorentoe het slegs sterk minerale suur as elektroliet in batterijsisteme gebruik gemaak.
In hierdie batteriecel, is 'n glas potjie as hoofhouer gebruik. Die houer is met 'n ammonium chloride-oplossing as elektroliet gevul. 'n Amalgameerde sink staaf is in hierdie elektroliet as negatiewe elektrode of anode gedompel. In hierdie Leclanche batteriecel, is 'n porose pot met 'n een tot een mengsel van mangaan dioksied en koolstof poeder gevul. 'n Koolstof staaf is in hierdie mengsel ingesit.
Die porose pot saam met die mengsel en koolstof staaf het as positiewe elektrode of katode gedien en dit is in die ammonium chloride-oplossing in die potjie geplaas. In 1876, het Leclanche self sy eie prototipe ontwerp van 'n sinkkarbon batterij verbeter. Hy het 'n resine bindmiddel met mangaan dioksied en koolstof poeder gemeng om 'n gesamentlike vaste blok van die mengsel te vorm deur hidrauliese druk. As gevolg hiervan is daar geen behoefte aan 'n porose pot in die Leclanche batteriecel nie. In 1888, het Dr. Carl Gassner, die konstruksie van die Leclanche sel verder ontwikkel. Hy het 'n pasta van pleister van Parys en ammonium chloride as elektroliet gebruik, in plaas van vloeibare ammonium chloride. In plaas van 'n sink staaf binne die elektroliet in 'n glas houer te sit, het hy die houer deur sink self gemaak. Dus dien hierdie houer ook as anode van die batterij. Hy het die plaaslike chemiese aktiwiteit in sy batterij verminder deur sinkchloride – ammonium chloride-versoorde doeken om die silindriese katode mengselblok te wikkel.
Later het hy pleister van Parys vervang deur tarwe meel, in die elektroliet mengsel. Dit was die eerste kommersiële ontwerp van 'n droë sinkkarbon batteriecel. Dit was nie die einde van die reis nie. Die Leclanche batterij is verder ontwikkel om sy voortdurende markbehoefte in die 20ste eeu te bevredig. Later is aketyleen swart koolstof as katode-stroomverzamelaar gebruik. Dit is meer geleidende as grafiet. Ontwikkeling is ook gedoen in separatorontwerp en ventseelstelsel.
Na 1960, is meer moeite gerig op die ontwikkeling van sinkchloride batteriecele. Dit is ook 'n gewilde weergawe van 'n sinkkarbon batterij. Hier word sinkchloride as elektroliet gebruik in plaas van ammonium chloride. Dit is ontwikkel om beter prestasie in swaar afvoer toepassings te bied. Met ander woorde, is die sinkchloride batterij 'n verbeterde alternatief vir die Leclanche-batterij in swaar afvoer toepassings.
Chemiese Reaksie in Sinkkarbon Batterij
In die Leclanche batteriecel, word sink as anode, mangaan dioksied as katode en ammonium chloride as hoof elektroliet gebruik, maar daar is 'n persentasie van sinkchloride in die elektroliet. In die sinkchloride batteriecel, word sink as anode, mangaan dioksied as katode en sinkchloride as elektroliet gebruik.
In albei tipes sinkkarbon batterij, tydens ontlading, is die sink anode betrokke by 'n oksidasie-reaksie en elke sink atoom wat in hierdie reaksie betrokke is, gee twee elektrone vry.
Hierdie elektrone kom by die katode deur 'n eksterne belastingsirkel.
In die Leclanche batteriecel bestaan ammonium chloride (NH4Cl) in die elektroliet mengsel as NH4+ en Cl –. In die katode sal MnO2 vermindert word na Mn2O3 in reaksie met ammonium ion (NH4+). Naas Mn2O3 produseer hierdie reaksie ook amonak (NH3) en water (H20).
Tog tydens hierdie chemiese proses, word sommige ammonium ions (NH4+ ) direk vermindert deur elektrone en vorm gasvormige amonak (NH3) en waterstof (H2).
In die sinkkarbon batterij reageer hierdie amonak gas verder met sinkchloride (ZnCl2) om 'n vaste sink ammonium chloride te vorm en gasvormige waterstof reageer met mangaan dioksied om 'n vaste di-mangaan trioxide en water te vorm. Hierdie twee reaksies verhoed die vorming van gasdruk tydens die ontlading van die batterij.
Algehele reaksie is,
'n Sinkchloride batterij is 'n verbeterde weergawe van 'n sinkkarbon batterij. Hierdie batterije word algemeen as swaarbedryfs batterije gelabel. 'n Sinkchloride cel bevat slegs 'n sinkchloride (ZnCl2) pasta as elektroliet. Hierdie batterij verskaf meer stroom, meer spanning en langer leeftyd as 'n algemene sinkkarbon batterij. Die katode-reaksie is,
Algehele reaksie is,
Spanningswaarde van Sinkkarbon Batterij
Die standaard spanningswaarde van 'n sinkkarbon batterij word bepaal deur die tipe anode- en katodemateriaal wat in die batteriecel gebruik word. In die sinkkarbon batteriecel, is sink die anodemateriaal en mangaan dioksied die katodemateriaal. Elektrodepotensiaal van sink is – 0.7 volt terwyl die elektrodepotensiaal van mangaan dioksied 1.28 is.
Daarom, die teoretiese spanning van elke sel moet – (- 0.76) + 1.23 = 1.99 V wees, maar onder agterkening van baie praktiese omstandighede, is die werklike spanninguitset van 'n standaard sinkkarbon batterij nie meer as 1.5 V nie.
Energie Dichtheid van Sinkkarbon Batteriecel
Die molaire massa van die katodemateriaal, mangaan dioksied, is 87 g/mol. Hier in die reaksie van die batterij word dit gevind dat twee elektrone twee mangaan dioksied molekules vermindert. Dus, volgens Faraday se konstante kan 28.6 Ah deur die volledige vermindering van een mol of 87 g mangaan dioksied gelewer word. Dus, 87/26.8 = 3.24 g mangaan dioksied is nodig om 1 Ah elektrisiteit te lewer.
Die molaire massa van die anode, materiaal sink, is 65 g/mol. Hier in die reaksie van die batterij word dit gevind dat twee elektrone een sink atoom oksideer. Dus, volgens Faraday se konstante kan 28.6 Ah deur die volledige oksidering van een mol of 65/2 g of 32.5 g sink gelewer word. Dus, 32.5/26.8 = 1.21 g sink is nodig om 1 Ah elektrisiteit te lewer.
Totale energiedichtheid van die sinkkarbon batterij is 3.24 g/Ah + 1.21 g/Ah = 4.45 g/Ah =1 / 4.45 Ah/g = 0.224 Ah/g of 224 Ah/Kg. Dit is 'n absolute teoretiese berekening, maar in praktyk moet baie ander materiale soos, elektroliet, koolstof swart, water in die batterij ingesluit word, waarvan die gewig nie weggesny kan word nie. Bovendien moet baie ander praktiese omstandighede in 'n batterij in ag geneem word. Alles in ag neem, het 'n praktiese lae ontladings Leclanche’ batteriecel 'n energiedichtheid van 75 Ah/Kg en dieselfde vir swaarbedryfs en onderbrekende ontladingsbatterie, is ongeveer 35 Ah/Kg.
Tipes Sinkkarbon Batterij
Soos ons vantevore gesê het, is daar twee tipes sinkkarbon batterij.
Leclanche’ batterij
Sinkchloride batterij.
Weer is Leclanche’ batterije van twee hoof tipes, algemene doeleinde celle en swaarbedryfs celle.
In algemene doeleinde lae koste Leclanche’ batterij, word puur sink as anode, ammonium chloride as hoof elektroli
