झिंक कार्बन बैटरी | झिंक कार्बन बैटरी के प्रकार | फायदे और नुकसान

जिंक कार्बन बैटरी

जिंक कार्बन बैटरी पिछले 100 वर्षों से लोकप्रिय रूप से इस्तेमाल हो रही है। आमतौर पर दो प्रकार की जिंक कार्बन बैटरी उपलब्ध हैं - लेक्लांच बैटरी और जिंक क्लोराइड बैटरी। दोनों ही मूल बैटरी हैं। यह बैटरी 1866 में गोर्जे लिओनेल लेक्लांच द्वारा आविष्कृत की गई थी। यह पहली बैटरी थी जिसमें लवण जैसे अमोनियम क्लोराइड का उपयोग किया गया था। इससे पहले केवल मजबूत खनिज एसिड का ही उपयोग किया जाता था।
इस बैटरी कोशिका में, एक ग्लास जार का उपयोग मुख्य बर्तन के रूप में किया गया था। बर्तन को अमोनियम क्लोराइड घोल के साथ भरा गया था। एक अमालगमित जिंक रॉड को इस इलेक्ट्रोलाइट में नकारात्मक इलेक्ट्रोड या एनोड के रूप में डुबो दिया गया था। इस लेक्लांच बैटरी कोशिका में, एक छिद्रदार बर्तन को एक एक मिश्रण से भरा गया था, जिसमें मैंगनीज डाइऑक्साइड और कार्बन पाउडर का अनुपात 1:1 था। एक कार्बन रॉड को इस मिश्रण में डाल दिया गया था।

छिद्रदार बर्तन, मिश्रण और कार्बन रॉड सकारात्मक इलेक्ट्रोड या कैथोड के रूप में काम करते थे और इसे जार में अमोनियम क्लोराइड घोल में रखा गया था। 1876 में, लेक्लांच ने अपने ही जिंक कार्बन बैटरी के प्रोटोटाइप डिजाइन को सुधार किया। यहाँ उन्होंने एक रेजिन गम बाइंडर को मैंगनीज डाइऑक्साइड और कार्बन पाउडर के साथ मिलाकर एक दबाव द्वारा ठोस ब्लॉक बनाया। इस ठोस संरचना के कारण, लेक्लांच बैटरी कोशिका में छिद्रदार बर्तन की आवश्यकता नहीं थी। 1888 में, डॉ. कार्ल गासनर ने लेक्लांच कोशिका के निर्माण को आगे बढ़ाया। यहाँ उन्होंने अमोनियम क्लोराइड के द्रव के स्थान पर प्लास्टर ऑफ पेरिस और अमोनियम क्लोराइड का पेस्ट का उपयोग किया। जिंक रॉड को इलेक्ट्रोलाइट में डालने के बजाय, उन्होंने जिंक से ही बर्तन बनाया। इसलिए यह बर्तन बैटरी का एनोड भी बन गया। उन्होंने उनकी बैटरी में स्थानीय रासायनिक क्रिया को कम किया जिंक क्लोराइड-अमोनियम क्लोराइड से संतृप्त कपड़ों को बेलनाकार कैथोड मिश्रण ब्लॉक से लपेटकर।

बाद में उन्होंने प्लास्टर ऑफ पेरिस को गेहूं का आटा से बदल दिया, इलेक्ट्रोलाइट मिश्रण में। यह शुष्क जिंक कार्बन बैटरी कोशिका का पहला व्यावसायिक डिजाइन था। यह लेक्लांच बैटरी के लिए आगे की यात्रा का अंत नहीं था। 20वीं शताब्दी में इसकी बढ़ती बाजार मांग को पूरा करने के लिए इसका विकास किया गया। बाद में एसिटिलीन ब्लैक कार्बन का उपयोग कैथोड धारा संग्राहक के रूप में किया गया। यह ग्राफाइट से अधिक चालक है। विभाजक डिजाइन और वेंटिंग सील सिस्टम में भी विकास किया गया है।

1960 के बाद, जिंक क्लोराइड बैटरी कोशिका के विकास में अधिक प्रयास किए गए। यह भी जिंक कार्बन बैटरी का एक लोकप्रिय संस्करण है। यहाँ, अमोनियम क्लोराइड के स्थान पर जिंक क्लोराइड का उपयोग किया जाता है। यह भारी ड्रेन एप्लिकेशन में बेहतर प्रदर्शन देने के लिए विकसित किया गया था। दूसरे शब्दों में, जिंक क्लोराइड बैटरी भारी ड्रेन एप्लिकेशन में लेक्लांच बैटरी का सुधारित प्रतिस्थापन है।

जिंक कार्बन बैटरी में रासायनिक अभिक्रिया

लेक्लांच बैटरी कोशिका में, जिंक का उपयोग एनोड के रूप में, मैंगनीज डाइऑक्साइड का उपयोग कैथोड के रूप में और अमोनियम क्लोराइड का उपयोग मुख्य इलेक्ट्रोलाइट के रूप में किया जाता है, लेकिन इलेक्ट्रोलाइट में जिंक क्लोराइड का कुछ प्रतिशत होता है। जिंक क्लोराइड बैटरी कोशिका में, जिंक का उपयोग एनोड के रूप में, मैंगनीज डाइऑक्साइड का उपयोग कैथोड के रूप में और जिंक क्लोराइड का उपयोग इलेक्ट्रोलाइट के रूप में किया जाता है।
दोनों जिंक कार्बन बैटरी में, डिस्चार्ज के दौरान, जिंक एनोड ऑक्सीकरण अभिक्रिया में शामिल होता है और इस अभिक्रिया में शामिल हर जिंक परमाणु दो इलेक्ट्रॉन रिहाई करता है।

ये इलेक्ट्रॉन बाहरी लोड सर्किट के माध्यम से कैथोड तक आते हैं।
लेक्लांच बैटरी कोशिका में अमोनियम क्लोराइड (NH4Cl) इलेक्ट्रोलाइट मिश्रण में NH4+ और Cl – के रूप में मौजूद होता है। कैथोड MnO2 अमोनियम आयन (NH4+) के साथ अभिक्रिया करके Mn2O3 में घटित होता है। इस अभिक्रिया से अलावा Mn2O3 यह अभिक्रिया अमोनिया (NH3) और पानी (H20) भी उत्पन्न करती है।

लेकिन इस रासायनिक प्रक्रिया के दौरान कुछ अमोनियम आयन (NH4+ ) इलेक्ट्रॉनों द्वारा सीधे घटित होकर गैसीय अमोनिया (NH3) और हाइड्रोजन (H2) बनाते हैं।

जिंक कार्बन बैटरी में यह अमोनिया गैस जिंक क्लोराइड (ZnCl2) के साथ अभिक्रिया करके ठोस जिंक अमोनियम क्लोराइड और गैसीय हाइड्रोजन बनाती है, जो मैंगनीज डाइऑक्साइड के साथ अभिक्रिया करके ठोस डाइ-मैंगनीज ट्राइऑक्साइड और पानी बनाता है। ये दो अभिक्रियाएं बैटरी के डिस्चार्जिंग के दौरान गैस दबाव के निर्माण को रोकती हैं।

कुल अभिक्रिया है,

जिंक क्लोराइड बैटरी जिंक कार्बन बैटरी का सुधारित संस्करण है। इन बैटरियों को आमतौर पर भारी ड्यूटी बैटरी के रूप में लेबल किया जाता है। एक जिंक क्लोराइड सेल में केवल जिंक क्लोराइड (ZnCl2) पेस्ट का उपयोग इलेक्ट्रोलाइट के रूप में किया जाता है। यह बैटरी अधिक धारा, अधिक वोल्टेज और अधिक जीवनकाल प्रदान करती है जिससे एक सामान्य उद्देश्य वाली जिं