Bateria ng Sinksiko | Mga Uri ng Bateria ng Sinksiko | mga Pabor at Di-pabor

Baterya ng Zinc Carbon

Baterya ng zinc carbon ay popular na ginagamit sa huling 100 taon. Karaniwan may dalawang uri ng baterya ng zinc carbon ang available – Leclanche battery at Zinc chloride battery. Parehong ito ay primary battery. Ito ang baterya na inimbento ni Goerge Lionel Leclanche noong 1866. Ito ang unang baterya kung saan ginamit ang mababang corrosive electrolyte tulad ng ammonium chloride. Bago iyon, ang mga malakas na mineral acids lang ang ginagamit bilang electrolyte ng sistema ng baterya.
Sa cell ng baterya na ito, isang glass jar ang ginamit bilang pangunahing container. Ang container ay puno ng ammonium chloride solution bilang electrolyte. Isang amalgamated zinc rod ang nilubid sa electrolyte na ito bilang negative electrode o anode. Sa cell ng Leclanche battery na ito, isang porous pot ang puno ng one to one mixture ng manganese dioxide at carbon powder. Isang carbon rod ang ilapat sa mixture na ito.

Ang porous pot kasama ang mixture at carbon rod ay nagsilbing positive electrode o cathode at ito ay ilagay sa ammonium chloride solution sa loob ng jar. Noong 1876, si Leclanche mismo ang nag-improve sa kanyang sariling prototype design ng baterya ng zinc carbon. Dito, nagsanay siya ng resin gum binder sa manganese dioxide at carbon powder upang bumuo ng compressed solid block ng mixture sa pamamagitan ng hydraulic pressure. Dahil sa solid structure ng cathode mixture, wala nang karunungan para sa porous pot sa cell ng Leclanche battery. Noong 1888, si Dr. Carl Gassner, nag-develop pa ng construction ng Leclanche cell. Dito, ginamit niya ang paste ng plaster of Paris at ammonium chloride bilang electrolyte, sa halip na liquid ammonium chloride. Sa halip na ilagay ang zinc rod sa loob ng electrolyte sa glass container, gawa siya ng container gamit ang zinc mismo. Kaya ang container na ito ay nagsisilbi rin bilang anode ng baterya. Minimize niya ang local chemical action sa kanyang baterya sa pamamagitan ng paglalagay ng zinc chloride – ammonium chloride saturated cloths sa cylindrical cathode mix block.

Kasunod, pinalitan niya ang plaster of Paris ng wheat flour, sa electrolyte mixture. Ito ang unang commercial design ng dry zinc carbon battery cell. Hindi ito ang dulo ng paglalakbay. Ang Leclanche battery ay patuloy na nagdevelop upang matugunan ang patuloy na demand nito sa market sa 20th century. Kasunod, ginamit ang acetylene black carbon bilang cathode current collector. Mas conductive ito kaysa sa graphite. May development din sa separator design at venting seal system.

Pagkatapos ng 1960, mas maraming effort ang idinirekta sa pagdevelop ng zinc chloride battery cell. Ito rin ay isang popular na version ng baterya ng zinc carbon. Dito, ginagamit ang zinc chloride bilang electrolyte sa halip ng ammonium chloride. Ito ang inihanda upang magbigay ng mas mahusay na performance sa heavy drain application. Sa ibang salita, ang zinc chloride battery ay isang improved substitute ng Leclanche’ battery sa heavy drain applications.

Chemical Reaction sa Baterya ng Zinc Carbon

Sa cell ng Leclanche battery, ginagamit ang zinc bilang anode, manganese dioxide bilang cathode at ammonium chloride bilang pangunahing electrolyte ngunit mayroong bahagyang zinc chloride sa electrolyte. Sa cell ng zinc chloride battery, ginagamit ang zinc bilang anode, manganese dioxide bilang cathode at zinc chloride bilang electrolyte.
Sa parehong baterya ng zinc carbon, sa panahon ng discharge, ang zinc anode ay kasangkot sa oxidation reaction at bawat zinc atom na kasangkot sa reaksyon na ito ay inililigtas ng dalawang elektron.

Ang mga elektron na ito ay dumating sa cathode sa pamamagitan ng external load circuit.
Sa cell ng Leclanche battery, ang ammonium chloride (NH4Cl) ay umiiral sa mixture ng electrolyte bilang NH4+ at Cl –. Sa cathode, ang MnO2 ay maaring mabawasan sa Mn2O3 sa reaksiyon sa ammonium ion (NH4+). Bukod sa Mn2O3, ang reaksiyon na ito ay nagbibigay din ng ammonia (NH3) at tubig (H20).

Ngunit sa panahon ng chemical process, ang ilang ammonium ions (NH4+ ) ay direkta ring nabawasan ng electrons at nagform ng gaseous ammonia (NH3) at hydrogen(H2).

Sa baterya ng zinc carbon, ang gas na ammonia ay nagreact pa sa zinc chloride (ZnCl2) upang makabuo ng solid zinc ammonium chloride at ang gaseous hydrogen ay nagreact sa manganese dioxide upang makabuo ng solid di-manganese trioxide at tubig. Ang dalawang reaksiyon na ito ay nagprevented ng pagkakaroon ng gas pressure sa panahon ng discharging ng baterya.

Overall reaction is,

Ang baterya ng zinc chloride ay isang improved version ng baterya ng zinc carbon. Ang mga baterya na ito ay karaniwang labeled bilang heavy duty battery. Ang cell ng zinc chloride ay naglalaman lamang ng zinc chloride (ZnCl2) paste bilang electrolyte. Ang baterya na ito ay nagbibigay ng mas maraming current, mas voltage at mas maraming buhay kaysa sa general purpose zinc carbon battery. Ang cathode reaction ay,

Overall reaction is,

Voltage Rating ng Baterya ng Zinc Carbon

Ang standard voltage rating ng baterya ng zinc carbon ay nakadetermine sa pamamagitan ng uri ng anode at cathode materials na ginagamit sa cell ng baterya. Sa cell ng baterya ng zinc carbon, ang zinc ang anode material at ang manganese dioxide ang cathode material. Ang electrode potential ng zinc ay – 0.7 volt samantalang ang electrode potential ng manganese dioxide ay 1.28.
Kaya, ang theoretical voltage ng bawat cell ay dapat na – (- 0.76) + 1.23 = 1.99 V ngunit sa pagconsider ng maraming praktikal na kondisyon, ang actual voltage output ng standard zinc carbon battery ay hindi hihigit sa 1.5 V.

Density ng Energy ng Cell ng Baterya ng Zinc Carbon

Ang molar weight ng cathode material, manganese dioxide ay 87 g/mol. Dito sa reaksiyon ng baterya, natuklasan na ang dalawang electrons ay nabawasan ang dalawang molecules ng manganese dioxide. Kaya, batay sa Faraday’s constant, 28.6 Ah ang maaaring iliberate sa complete reduction ng isang mole o 87 g ng manganese dioxide. Kaya, 87/26.8 = 3.24 g manganese dioxide ang kinakailangan upang iliberate ang 1 Ah electricity.
Ang molar weight ng anode, material zinc ay 65 g/mol. Dito sa reaksiyon ng baterya, natuklasan na ang dalawang electrons ay oxidize ang isang zinc atom. Kaya, batay sa Faraday’s constant, 28.6 Ah ang maaaring iliberate sa complete oxidation ng isang mole o 65/2 g o 32.5 g ng zinc. Kaya, 32.5/26.8 = 1.21 g ng zinc ang kinakailangan upang iliberate ang 1 Ah electricity.
Total energy density ng baterya ng zinc carbon ay 3.24 g/Ah + 1.21 g/Ah = 4.45 g/Ah =1 / 4.45 Ah/g = 0.224 Ah/g o 224 Ah/Kg. Ito ay absolute theoretical calculation, ngunit sa practice, maraming ibang materials tulad ng, electrolyte, carbon black, tubig na dapat ilagay sa baterya, ang weight ng kung saan hindi maaaring iomit. Bukod dito, maraming ibang praktikal na kondisyon ang dapat iconsider sa isang baterya. Sa pagconsider ng lahat, ang practical low discharge Leclanche’ battery cell ay may energy density ng 75 Ah/Kg at ang pareho para sa heavy duty at intermittent discharge battery, ay humigit-kumulang 35 Ah/Kg.

Uri ng Baterya ng Zinc Carbon

Tulad ng sinabi namin, may dalawang uri ng baterya ng zinc carbon.

1. Leclanche’ battery

2. Zinc chloride battery.

Muli, ang Leclanche’ battery ay may dalawang pangunahing uri, general purpose cells at heavy duty cells.
Sa general purpose low cost Leclanche’ battery, ginagamit ang pure zinc bilang anode, ammonium chloride bilang pangunahing electrolyte kasama ang bahagyang zinc chloride. Dito, ginagamit ang natural manganese dioxide ore bilang cathode material. Ang mga baterya na ito ay karaniwang ginagamit kung saan ang cost ay mas vital na factor kaysa sa kanilang performance.
Ang application ng heavy duty Leclanche’ battery ay dominant ng zinc chloride battery ngunit hanggang ngayon, ang ilang mga manufacturer ay patuloy na gumagawa ng heavy duty Leclanche’ battery sa pamamagitan ng pagdaragdag ng electrolytic o chemical manganese dioxide kasama ang manganese dioxide ore bilang cathode.
Sa general purpose zinc chloride battery, ginagamit ang pure zinc bilang anode; zinc chloride bilang electrolyte. Sa ilang pagkakataon, ang maliit na quantity ng ammonium chloride ay