Zinkcarbonaccu | Soorten zinkcarbonaccu's | Voordelen en nadelen

Zink-koolstof Batterij

Zink-koolstof batterij wordt al meer dan 100 jaar populair gebruikt. Er zijn over het algemeen twee soorten zink-koolstof batterijen beschikbaar – de Leclanche batterij en de Zinkchloride batterij. Beide zijn primaire batterijen. Deze batterij werd uitgevonden door Goerge Lionel Leclanche in 1866. Dit was de eerste batterij waarin een weinig corrosieve elektrolyt zoals ammoniumchloride werd gebruikt. Daarvoor werden alleen sterke minerale zuren als elektrolyt in batterijsystemen gebruikt.
In deze batterijcel werd een glazen pot gebruikt als hoofdcontainer. De container werd gevuld met ammoniumchloride oplossing als elektrolyt. Een amalgaamde zinkstaaf werd in dit elektrolyt ondergedompeld als negatieve elektrode of anode. In deze Leclanche batterijcel werd een porseleinen pot gevuld met een één-op-één mengsel van mangaandioxide en koolstofpoeder. Een koolstofstaaf werd in dit mengsel geplaatst.

De porseleinen pot samen met het mengsel en de koolstofstaaf fungeerde als positieve elektrode of kathode en werd in de ammoniumchloride oplossing in de pot geplaatst. In 1876 verbeterde Leclanche zelf zijn eigen prototype ontwerp van zink-koolstof batterij. Hier mengde hij een bindmiddel van harsachtige gom met mangaandioxide en koolstofpoeder om een samengedrukte vaste blok van het mengsel te vormen onder hydraulische druk. Door deze vaste structuur van het kathodemengsel is er geen behoefte aan een porseleinen pot in de Leclanche batterijcel. In 1888 ontwikkelde Dr. Carl Gassner de constructie van de Leclanche cel verder. Hier gebruikte hij een pasta van gips en ammoniumchloride als elektrolyt, in plaats van vloeibare ammoniumchloride. In plaats van een zinkstaaf in het elektrolyt in de glazen container te plaatsen, maakte hij de container van zink zelf. Deze container dient ook als anode van de batterij. Hij minimaliseerde lokale chemische reacties in zijn batterij door doeken verzadigd met zinkchloride-ammoniumchloride om het cilindrische kathodemengselblok te wikkelen.

Later verving hij gips door tarwebloem in het elektrolytmengsel. Dit was het eerste commerciële ontwerp van een droge zink-koolstof batterijcel. Dit was niet het einde van de reis. De Leclanche batterij werd verder ontwikkeld om aan de voortdurende marktvraag in de 20e eeuw te voldoen. Later werd acetylenzwarte koolstof gebruikt als stroomverzamelaar voor de kathode. Dit is geleidbaarder dan grafiet. Ontwikkelingen zijn ook gedaan in de scheiderontwerp en ventielafsluitingssysteem.

Na 1960 werd meer aandacht besteed aan de ontwikkeling van de zinkchloride batterijcel. Dit is ook een populaire versie van zink-koolstof batterij. Hier wordt zinkchloride gebruikt als elektrolyt in plaats van ammoniumchloride. Dit werd ontwikkeld om betere prestaties te bieden bij toepassingen met hoge stroombelasting. Met andere woorden, de zinkchloride batterij is een verbeterde vervanging van de Leclanche batterij bij toepassingen met hoge stroombelasting.

Chemische Reactie in Zink-Koolstof Batterij

In de Leclanche batterijcel wordt zink gebruikt als anode, mangaandioxide als kathode en ammoniumchloride als hoofdelektrolyt, maar er zit een percentage zinkchloride in het elektrolyt. In de zinkchloride batterijcel wordt zink gebruikt als anode, mangaandioxide als kathode en zinkchloride als elektrolyt.
Bij beide soorten zink-koolstof batterijen komt tijdens ontlading de zink-anode in een oxidatiereactie en elke zink-atoom die in deze reactie betrokken is, geeft twee elektronen af.

Deze elektronen komen via het externe belastingscircuit naar de kathode.
In de Leclanche batterijcel bestaat ammoniumchloride (NH4Cl) in het elektrolytmengsel als NH4+ en Cl –. In de kathode zal MnO2 worden teruggebracht tot Mn2O3 in reactie met ammoniumion (NH4+). Naast Mn2O3 produceert deze reactie ook ammonia (NH3) en water (H20).

Maar tijdens dit chemische proces worden sommige ammoniumionen (NH4+ ) direct geredu