Βαταρία Ζινκ-Κάρμπον | Τύποι Βαταριών Ζινκ-Κάρμπον | Πλεονεκτήματα και Μειονεκτήματα

Βαταρία Ανθρακού και Ζινκίου

Βαταρία ανθρακού και ζινκίου battery είναι δημοφιλής τα τελευταία 100 χρόνια. Γενικά, υπάρχουν δύο τύποι βαταριών ανθρακού και ζινκίου που είναι διαθέσιμες – η βαταρία Leclanche και η βαταρία ζινκίου χλωρίδιου. Και οι δύο είναι πρωτογενείς βαταρίες. Αυτή η βαταρία εφηύρθη από τον Goerge Lionel Leclanche το 1866. Αυτή ήταν η πρώτη βαταρία στην οποία χρησιμοποιήθηκε ένα χαμηλό ερωδικό ηλεκτρολύτη, όπως το αμμωνίου χλωρίδιο. Πριν από αυτό, χρησιμοποιούνταν μόνο ισχυρές λιθοχημικές οξέα ως ηλεκτρολύτης του συστήματος βαταριών.
Σε αυτό το κύτταρο βαταρίας, χρησιμοποιήθηκε ένα φιαλίδιο ως κύριο συντηρητή. Το συντηρητής γεμίστηκε με λύση αμμωνίου χλωρίδιου ως ηλεκτρολύτη. Ένας σύνθετος σταυροειδής σταυρός ζινκίου βυθίστηκε σε αυτόν τον ηλεκτρολύτη ως αρνητικό ηλεκτρόδη ή ανόδη. Σε αυτό το κύτταρο βαταρίας Leclanche, ένα πορώδες ποτήρι γεμίστηκε με 1-1 μείγμα διοξειδίου μαγγανίου και άνθρακα. Ένας καρβονικός σταυρός ενσωματώθηκε σε αυτό το μείγμα.

Το πορώδες ποτήρι μαζί με το μείγμα και τον καρβονικό σταυρό λειτουργούσε ως θετικός ηλεκτρόδης ή καθόδης και τοποθετήθηκε στη λύση αμμωνίου χλωρίδιου στο φιαλίδιο. Το 1876, ο Leclanche βελτίωσε το δικό του πρωτότυπο σχέδιο της βαταρίας ανθρακού και ζινκίου. Εδώ, ενέστειλε έναν δεσμευτικό σύνθετο νηστικής σκόνης με το διοξείδιο μαγγανίου και τον άνθρακα για να σχηματίσει ένα συμπυκνωμένο στερεό μπλοκ του μείγματος με υδραυλική πίεση. Λόγω αυτής της στερεής δομής του μείγματος καθόδη, δεν υπάρχει πλέον ανάγκη για πορώδες ποτήρι στο κύτταρο βαταρίας Leclanche. Το 1888, ο Dr. Carl Gassner, αναπτύξε περαιτέρω την κατασκευή του κυττάρου Leclanche. Εδώ χρησιμοποίησε ένα πάστα από γύψο και αμμωνίου χλωρίδιο ως ηλεκτρολύτη, αντί για υγρό αμμωνίου χλωρίδιο. Αντί να εισάγει έναν σταυρό ζινκίου μέσα στον ηλεκτρολύτη στο φιαλίδιο, έκανε το συντηρητή από ζινκίο. Επομένως, αυτός ο συντηρητής λειτουργεί επίσης ως ανόδης της βαταρίας. Οικονομήσε την τοπική χημική δράση στη βαταρία του καταφθάνοντας στον κυλινδρικό καθόδη με πανιά που είχαν εμποτιστεί με ζινκίου χλωρίδιο - αμμωνίου χλωρίδιο.

Αργότερα, αντικατέστησε τον γύψο με αλεύρι σιταριού, στο μείγμα ηλεκτρολύτη. Αυτή ήταν η πρώτη εμπορική σχεδίαση ξηρής βαταρίας ανθρακού και ζινκίου. Δεν ήταν το τέλος της διαδρομής. Η βαταρία Leclanche αναπτύχθηκε περαιτέρω για να εξυπηρετήσει τη συνεχή αγοραστική της ζήτηση στο 20ο αιώνα. Αργότερα, χρησιμοποιήθηκε ο άνθρακας acetylene black ως συλλέκτης ρεύματος καθόδη. Αυτός είναι πιο συνδετικός από το γραφίτη. Έχει γίνει επίσης ανάπτυξη στο σχεδιασμό του διαχωριστή και του συστήματος φραγμού.

Μετά το 1960, περισσότερη προσπάθεια κατευθύνθηκε στην ανάπτυξη του κυττάρου βαταρίας ζινκίου χλωρίδιου. Αυτό είναι επίσης ένας δημοφιλής τύπος βαταρίας ανθρακού και ζινκίου. Εδώ, χρησιμοποιείται το ζινκίου χλωρίδιο ως ηλεκτρολύτης αντί για το αμμωνίου χλωρίδιο. Αυτό αναπτύχθηκε για να παρέχει καλύτερη απόδοση σε εφαρμογές μεγάλης απόρροιας. Με άλλα λόγια, η βαταρία ζινκίου χλωρίδιου είναι ένα βελτιωμένο εναλλακτικό της βαταρίας Leclanche σε εφαρμογές μεγάλης απόρροιας.

Χημική Αντίδραση στη Βαταρία Ανθρακού και Ζινκίου

Στο κύτταρο βαταρίας Leclanche, χρησιμοποιείται το ζινκίο ως ανόδη, το διοξείδιο μαγγανίου ως καθόδη και το αμμωνίου χλωρίδιο ως κύριο ηλεκτρολύτη, αλλά υπάρχει κάποιο ποσοστό ζινκίου χλωρίδιου στον ηλεκτρολύτη. Στο κύτταρο βαταρίας ζινκίου χλωρίδιου, χρησιμοποιείται το ζινκίο ως ανόδη, το διοξείδιο μαγγανίου ως καθόδη και το ζινκίου χλωρίδιο ως ηλεκτρολύτη.
Σε και τις δύο βαταρίες ανθρακού και ζινκίου, κατά την απορροφή, ο ανόδης ζινκίου εμπλέκεται σε αντίδραση οξείδωσης και κάθε άτομο ζινκίου που εμπλέκεται σε αυτή την αντίδραση αποδίδει δύο ηλεκτρόνια.

Αυτά τα ηλεκτρόνια φτάνουν στον καθόδη μέσω του εξωτερικού κύκλου φορτίου.
Στο κύτταρο βαταρίας Leclanche, το αμμωνίου χλωρίδιο (NH4Cl) υπάρχει στο μείγμα ηλεκτρολύτη ως NH4+ και Cl –. Στον καθόδη, το MnO2 θα μειωθεί σε Mn2O3 σε αντίδραση με το άτομο αμμωνίου (NH4+). Εκτός από το Mn2O3, αυτή η αντίδραση παράγει επίσης αμμωνία (NH3) και νερό (H20).

Αλλά κατά τη διάρκεια αυτής της χημικής διαδικασίας, κάποια άτομα αμμωνίου (NH4+ ) μειώνονται άμεσα από ηλεκτρόνια και δημιουργούν αέριο αμμωνία (NH3) και υδρογόνο (H2).

Στη βαταρία ανθρακού και ζινκίου, αυτό το αέριο αμμωνία αντιδρά με το ζινκίου χλωρίδιο (ZnCl2) για να σχηματίσει στερεό ζινκίου αμμωνίου χλωρίδιο και το αέριο υδρογόνο αντιδρά με το διοξείδιο μαγγανίου για να σχηματίσει στερεό δι-μαγγανίου τριοξείδιο και νερό. Αυτές οι δύο αντιδράσεις προλαμβάνουν τη δημιουργία πίεσης αερίου κατά την απορροφή της βαταρίας.

Η συνολική αντίδραση είναι,

Η βαταρία ζινκίου χλωρίδιου είναι ένα βελτιωμένο είδος της βαταρίας ανθρακού και ζινκίου. Αυτές οι βαταρίες είναι γενικά ετικετοποιημένες ως βαταρίες εξαιρετικής ισχύος. Ένα κύτταρο ζινκίου χλωρίδιου περιέχει μόνο πάστα ζινκίου χλωρίδιου (ZnCl2) ως ηλεκτρολύτη. Αυτή η βαταρία παρέχει περισσότερο ρεύμα, περισσότερη