Bateri Karbon Seng | Jenis-jenis Bateri Karbon Seng | Kelebihan dan Kekurangan
Bateri Karbon Seng
Pot berpori bersama dengan campuran dan tiub arang bertindak sebagai elektroda positif atau katoda dan ini diletakkan dalam larutan klorida amonium dalam jar. Pada tahun 1876, Leclanche sendiri memperbaiki reka bentuk prototaipnya sendiri untuk bateri karbon seng. Di sini, dia mencampurkan pengikat getah gula dengan mangan dioksida dan serbuk arang untuk membentuk blok padat campuran tersebut dengan tekanan hidraulik. Berkat struktur padat campuran katoda, tidak lagi perlu pot berpori dalam sel bateri Leclanche. Pada tahun 1888, Dr. Carl Gassner, lebih mengembangkan pembinaan sel Leclanche. Di sini, dia menggunakan pasta dari plester Paris dan klorida amonium sebagai elektrolit, bukan larutan klorida amonium cecair. Sebaliknya daripada memasukkan batang seng ke dalam elektrolit dalam bekas kaca, dia membuat bekas tersebut dari seng sendiri. Oleh itu, bekas ini juga bertindak sebagai anoda bateri. Dia mengurangkan tindakan kimia tempatan dalam baterinya dengan membungkus kain yang diserap klorida seng - klorida amonium.
Kemudian, dia menggantikan plester Paris dengan tepung gandum, dalam campuran elektrolit. Ini adalah reka bentuk komersial pertama sel bateri karbon seng kering. Ini bukan akhir perjalanan. Bateri Leclanche telah dikembangkan lebih lanjut untuk memenuhi permintaan pasaran yang berterusan pada abad ke-20. Kemudian, arang hitam asetilena digunakan sebagai pengumpul arus katoda. Ini lebih konduktif daripada grafit. Pembangunan juga telah dilakukan dalam reka bentuk pemisah dan sistem penutup ventilasi.
Selepas 1960, lebih banyak usaha ditujukan kepada pembangunan sel bateri klorida seng. Ini juga merupakan versi popular bateri karbon seng. Di sini, klorida seng digunakan sebagai elektrolit berbanding klorida amonium. Ini dibangunkan untuk memberikan prestasi yang lebih baik dalam aplikasi drainase berat. Dengan kata lain, bateri klorida seng adalah pengganti yang diperbaiki bagi bateri Leclanche dalam aplikasi drainase berat.
Tindak Balas Kimia dalam Bateri Karbon Seng
Dalam sel bateri Leclanche, seng digunakan sebagai anoda, mangan dioksida digunakan sebagai katoda, dan klorida amonium digunakan sebagai elektrolit utama tetapi terdapat beberapa peratusan klorida seng dalam elektrolit. Dalam sel bateri klorida seng, seng digunakan sebagai anoda, mangan dioksida digunakan sebagai katoda, dan klorida seng digunakan sebagai elektrolit.
Dalam kedua-dua jenis bateri karbon seng, semasa pengeluaran, anoda seng terlibat dalam tindak balas oksidasi dan setiap atom seng yang terlibat dalam tindak balas ini melepaskan dua elektron.
Elektron-elektron ini datang ke katoda melalui litar beban eksternal.
Dalam sel bateri Leclanche, klorida amonium (NH4Cl) wujud dalam campuran elektrolit sebagai NH4+ dan Cl –. Di katoda, MnO2 akan dikurangkan menjadi Mn2O3 dalam tindak balas dengan ion amonium (NH4+). Selain Mn2O3, tindak balas ini juga menghasilkan ammonia (NH3) dan air (H20).
Tetapi semasa proses kimia ini, sebahagian ion amonium (NH4+ ) langsung dikurangkan oleh elektron dan membentuk ammonia gas (NH3) dan hidrogen(H2).
Dalam bateri karbon seng, gas ammonia ini lebih lanjut bertindak balas dengan klorida seng (ZnCl2) untuk membentuk klorida seng amonium pepejal dan gas hidrogen bertindak balas dengan mangan dioksida untuk membentuk trioksida di-mangan pepejal dan air. Dua tindak balas ini mencegah pembentukan tekanan gas semasa pengeluaran bateri.
Tindak balas keseluruhan adalah,
Bateri klorida seng adalah versi yang diperbaiki daripada bateri karbon seng. Bateri-bateri ini biasanya dilabelkan sebagai bateri berdaya tinggi. Sel klorida seng mengandungi hanya pasta klorida seng (ZnCl2) sebagai elektrolit. Bateri ini menyediakan lebih banyak arus, lebih voltan dan lebih lama hidup daripada bateri karbon seng tujuan umum. Tindak balas katoda adalah,
Tindak balas keseluruhan adalah,
Rating Voltan Bateri Karbon Seng
Rating voltan standard bateri karbon seng ditentukan oleh jenis bahan anoda dan katoda yang digunakan dalam sel bateri. Dalam sel bateri karbon seng, seng adalah bahan anoda dan mangan dioksida adalah bahan katoda. Potensi elektroda seng adalah – 0.7 volt manakala potensi elektroda mangan dioksida adalah 1.28.
Oleh itu, voltan teori setiap sel sepatutnya adalah – (- 0.76) + 1.23 = 1.99 V tetapi mempertimbangkan banyak keadaan praktikal, output voltan sebenar bateri karbon seng standard tidak melebihi 1.5 V.
Ketumpatan Tenaga Sel Bateri Karbon Seng
Berat mol bahan katoda, mangan dioksida adalah 87 g/mol. Di sini, dalam tindak balas bateri, didapati bahawa dua elektron mengurangkan dua molekul mangan dioksida. Oleh itu, mengikut pemalar Faraday, 28.6 Ah boleh dihasilkan dengan pengurangan lengkap satu mol atau 87 g mangan dioksida. Oleh itu, 87/26.8 = 3.24 g mangan dioksida diperlukan untuk menghasilkan 1 Ah elektrik.
Berat mol anoda, bahan seng adalah 65 g/mol. Di sini, dalam tindak balas bateri, didapati bahawa dua elektron mengoksidasi satu atom seng. Oleh itu, mengikut pemalar Faraday, 28.6 Ah boleh dihasilkan dengan pengoksidan lengkap satu mol atau 65/2 g atau 32.5 g seng. Oleh itu, 32.5/26.8 = 1.21 g seng diperlukan untuk menghasilkan 1 Ah elektrik.
Jumlah ketumpatan tenaga bateri karbon seng adalah 3.24 g/Ah + 1.21 g/Ah = 4.45 g/Ah =1 / 4.45 Ah/g = 0.224 Ah/g atau 224 Ah/Kg. Ini adalah pengiraan teori mutlak, tetapi dalam praktik, banyak bahan lain seperti elektrolit, arang hitam, air harus dimasukkan ke dalam bateri, berat yang mana tidak boleh diabaikan. Selain itu, banyak keadaan praktikal lain perlu dipertimbangkan dalam bateri. Mempertimbangkan segalanya, sel bateri Leclanche’ yang rendah pengeluaran memiliki ketumpatan tenaga 75 Ah/Kg dan yang sama untuk bateri berdaya tinggi dan pengeluaran intermiten, adalah kira-kira 35 Ah/Kg.
Jenis-jenis Bateri Karbon Seng
Seperti yang kami katakan sebelumnya, terdapat dua jenis bateri karbon seng.
Bateri Leclanche’
Bateri klorida seng.
Sekali lagi, bateri Leclanche’ ada dua jenis utama, sel tujuan umum dan sel berdaya tinggi.
Dalam bateri Le
