Cink-Karbona Baterio | Specoj de Cink-Karbona Baterio | Avantaĝoj kaj Malavantaĝoj
Zinkkarbona Baterio
Zinkkarbona baterio estas popole uzata dum la lastaj 100 jaroj. Ĝenerale estas du tipoj de zinkkarbona baterio disponigataj – Leclanche-baterio kaj Zinkhlorida baterio. Ambaŭ el tiuj estas primaraj baterioj. Tiu baterio estis inventita de Goerge Lionel Leclanche en 1866. Tio estis la unua baterio en kiu malakra elektroluto kiel amoniohlorido estis uzata. Antaŭ tio nur forta mineralaj acidoj estis uzataj kiel elektroluto de bateriosistemo.
En tiu bateriocelo, unu glasvazo estis uzata kiel ĉefa enhavilo. La enhavilo estis plenigita kun amoniohlorida solvo kiel elektroluto. Amalgamita zinkstango estis mergita en tiu elektroluto kiel negativa elektrodo aŭ anodo. En tiu Leclanche-bateriocelo, porosa vazo estis plenigita kun unu al unu miksaĵo de mangana dioksido kaj karbona povo. Karbonstango estis enmetita en tiun miksaĵon.
La porosa vazo kune kun la miksaĵo kaj karbonstango servis kiel pozitiva elektrodo aŭ katodo kaj tio estis metita en la amoniohloridan solvon en la vazo. En 1876, Leclanche mem plibonigis sian propran prototipan dizajnon de zinkkarbona baterio. Tie li miksis rezinan gumbindilon kun mangana dioksido kaj karbona povo por formi komprimitan solidan blokon de la miksaĵo per hidraulika premo. Pro tiu solida strukturo de la katodomiksaĵo, ne estas plu bezono de porosa vazo en la Leclanche-bateriocelo. En 1888, Doktoro Carl Gassner plu disvolvis la konstruon de la Leclanche-celo. Tie li uzis paston de gipsa tegmento kaj amoniohlorido kiel elektroluto, anstataŭ likva amoniohlorido. Anstataŭ enmeti zinkstango en la elektroluton en glasa enhavilo, li faris la enhavilon el zinko mem. Do tio ankaŭ servas kiel anodo de la baterio. Li minimumigis lokan kemian agon en sia baterio per pakado de zinkhlorido – amoniohlorida saturita vestojn ĉirkaŭ la cilindra katodomiksaĵbloko.
Poste li anstataŭigis la gipsan tegmenton per tritiko, en la elektrolutomiksaĵo. Tio estis la unua komerca dizajno de seka zinkkarbona bateriocelo. Tio ne estis la fino de la vojo. La Leclanche-baterio estis plu disvolvita por kontentigi sian daŭran markdanandon en la 20a jarcento. Poste aketilena nigra karbono estis uzata kiel katodokurrentakumulilo. Tio estas pli kondukema ol grafito. Disvolviĝis ankaŭ en la disigno de la separilo kaj ventseksistema.
Post 1960, pli da penado estis direktita al la disvolvo de zinkhlorida bateriocelo. Tio ankaŭ estas populara versio de zinkkarbona baterio. Tie, zinkhlorido estas uzata kiel elektroluto anstataŭ amoniohlorido. Tio estis disvolvita por provizi pli bonan performadon en la forta draina aplikiĝo. Alivorte, zinkhlorida baterio estas plibonigita anstataŭo de la Leclanche’-baterio en forta draina aplikiĝo.
Kemia Reago en Zinkkarbona Baterio
En Leclanche-bateriocelo, zinko estas uzata kiel anodo, mangana dioksido estas uzata kiel katodo kaj amoniohlorido estas uzata kiel ĉefa elektroluto, sed estas iu procento de zinkhlorido en la elektroluto. En zinkhlorida bateriocelo, zinko estas uzata kiel anodo, mangana dioksido estas uzata kiel katodo kaj zinkhlorido estas uzata kiel elektroluto.
En ambaŭ el la zinkkarbonaj baterioj, dum forŝargo, zinkanodo partoprenas en oksidiga reago kaj ĉiu zinkatomo partoprena en tiu reago liberas du elektronojn.
Tiuj elektronoj venas al la katodo tra ekstera ŝargcirkvito.
En Leclanche-bateriocelo amoniohlorido (NH4Cl) ekzistas en elektrolutomiksaĵo kiel NH4+ kaj Cl –. En katodo MnO2 estos reduktita al Mn2O3 en reago kun amoniojon (NH4+). Krom Mn2O3 tiu reago ankaŭ produktas amonion (NH3) kaj akvon (H20).
Sed dum tiu kemia procezo iuj amoniojonoj (NH4+ ) estas rekteme reduktitaj per elektronoj kaj formigas gazan amonion (NH3) kaj hidrogenon (H2).
En zinkkarbona baterio tiu amoniogazo plu reagas kun zinkhlorido (ZnCl2) por formi solidan zinkamoniahloridon kaj gazan hidrogenon reagas kun mangana dioksido por formi solidan du-manganan trioksidon kaj akvon. Tiuj du reagoj prezentas formiĝon de gazpreso dum forŝargo de baterio.
Ĝenerala reago estas,
Zinkhlorida baterio estas plibonigita versio de zinkkarbona baterio. Ĉi tiuj baterioj estas ĝenerale etikitaj kiel forta baterio. Zinkhlorida celulo enhavas nur zinkhloridan (ZnCl2) paston kiel elektroluto. Tiu baterio provizas pli da ŝargo, pli voltajo kaj pli longa vivo ol ĝenerala celulo de zinkkarbona baterio. La katodoreago estas,
Ĝenerala reago estas,
Voltaj Rangoj de Zinkkarbona Baterio
Standarda voltaj rangoj de zinkkarbona baterio estas determinitaj per la tipo de anodaj kaj katodaj materialoj uzataj en la bateriocelo. En zinkkarbona bateriocelo, zinko estas la anoda materialo kaj mangana dioksido estas la katoda materialo. Elektrodopotencialo de zinko estas – 0.7 voltaj, dum elektrodopotencialo de mangana dioksido estas 1.28.
Tial, teoria volto de ĉiu celulo devus esti – (- 0.76) + 1.23 = 1.99 V, sed konsiderante multajn praktikajn kondiĉojn, la efektiva voltoeligo de standarda zinkkarbona baterio ne estas pli ol 1.5 V.
Energiodenseco de Zinkkarbona Bateriocelo
La mola pezo de katoda materialo, mangana dioksido, estas 87 g/mol. Tie en la reago de la baterio troviĝas, ke du elektronoj reduktas du molekulojn de mangana dioksido. Tial, laŭ Faradeja konstanto 28.6 Ah povas esti liveritaj per kompleta reduktado de unu molo aŭ 87 g de mangana dioksido. Tial, 87/26.8 = 3.24 g mangana dioksido necesas por liveri 1 Ah elektronon.
La mola pezo de anoda materialo, zinko, estas 65 g/mol. Tie en la reago de la baterio troviĝas, ke du elektronoj oksidas unu zinkatomon. Tial, laŭ Faradeja konstanto 28.6 Ah povas esti liveritaj per kompleta oksidado de unu molo aŭ 65/2 g aŭ 32.5 g de zinko. Tial, 32.5/26.8 = 1.21 g de zinko necesas por liveri 1 Ah elektronon.
Totala energiodenseco de zinkkarbona baterio estas 3.24 g/Ah + 1.21 g/Ah = 4.45 g/Ah =1 / 4.45 Ah/g = 0.224 Ah/g aŭ 224 Ah/Kg. Tio estas absolute teoria kalkulado, sed en praktiko multaj aliaj materialoj kiel, elektroluto, karbona nigro, akvo devas esti inkluzivitaj en la baterio, pezo de kiuj ne povas esti omitita. Krome, multaj aliaj praktikaj kondiĉoj devas esti konsideritaj en baterio. Konsiderante ĉion en konto, praktika malalta forŝargo Leclanche’-bateriocelo havas energiodensecon de 75 Ah/Kg kaj la sama por forta kaj intermita forŝargo baterio estas ĉirkaŭ 35 Ah/Kg.
Tipoj de Zinkkarbona Baterio
Kiel ni diris antaŭe, estas du tipoj de zinkkarbona baterio.
Leclanche’-baterio
