Bau der Zink-Kohlenstoff-Batterie | Leclanché-Zelle

Konstruktion der Leclanche-Batterie

Die im Handel erhältliche zylindrische Leclanche-Zelle hat folgende Konstruktionsmerkmale.

1. Ein zylindrischer Behälter aus dünnem Zinkblech dient als Anode und enthält auch alle anderen aktiven und elektrolytischen Materialien der Batterie.
   Idealerweise sollte das in der Batterie verwendete Zink 99,99% rein sein. Allerdings enthält das Zink, das für den Behälter einer Zink-Kohlenstoff-Batterie verwendet wird, 0,03 bis 0,06 % Kadmium und 0,02 bis 0,04 % Blei. Blei verleiht dem Zink bessere Formbarkeit und wirkt auch als Korrosionsinhibitor. Darüber hinaus bietet Kadmium eine starke Korrosionsbeständigkeit. Widerstand für das Zink.
   Das in der Zink-Kohlenstoff-Batterie verwendete Zink sollte von Verunreinigungen wie Kobalt, Kupfer, Nickel und Eisen frei sein, da diese Materialien in Gegenwart des Elektrolyts korrosive Reaktionen mit dem Zink eingehen. Eisen macht das Zink härter. Antimon, Arsen und Magnesium machen das Zink brüchig.

2. Das Kathodenmaterial ist Mangan(IV)-oxid. Mangan(IV)-oxid wird mit Acetylenschwarz gemischt und mit Ammoniumchlorid-Elektrolyt befeuchtet, dann in einer hydraulischen Maschine komprimiert, um eine feste Spulengestalt zu erzielen.
   Die Spule dient als positiver Elektrode der Batterie. Gemahlenes Mangandioxid (MnO2) und gemahlener Kohlenstoff werden mit Wasser, Ammoniumchlorid (NH2Cl) oder/und Zinkchlorid (ZnCl2) vermischt. Hier ist MnO2 das aktive Kathodenmaterial, aber hoch elektrisch widerständig, und der gemahlene Kohlenstoff erhöht die Leitfähigkeit der Kathode. Da der Kohlenstoffstaub gut feuchtigkeitsabsorbierend ist, hält er auch das nasse Elektrolyt innerhalb der Spule. Das Verhältnis von MnO2 zu Kohlenstoff kann je nach Batteriedesign von 3:1 bis 11:1 variieren. Dieses Verhältnis kann auch 1:1 betragen, wenn die Batterie für Blitzlichtkameras hergestellt wird, da hier hohe Strompulse wichtiger sind als die Kapazität.

   
   

   Es gibt einige Arten von Mangan(IV)-oxid, die in der trockenen Zink-Kohlenstoff-Batterie verwendet werden.

   Früher wurde Graphit als leitfähiges Medium der Kathodenspule verwendet, heute wird jedoch Kohlenstoffschwarz eingesetzt, da es besondere Eigenschaften zur Bindung des nassen Elektrolyts aufweist und bessere Druckfestigkeit und Viskosität für die Kathodenmischung bietet. Zellen, die in ihrer Kathodenmischung Kohlenstoffacetylen-Schwarz enthalten, schneiden bei unregelmäßigen Belastungen besser ab, während Zellen, die in ihrer Kathodenmischung Graphit enthalten, bei hohen und kontinuierlichen Strombelastungen gut abschneiden.

1. Natürliches Mangan(IV)-oxid (NMD) ist in natürlichen Erzen des Materials verfügbar. Diese Erze enthalten 70 bis 85% Mangan(IV)-oxid. Es hat eine Alpha- und Beta-Phasenkristallstruktur.

2. Chemisch synthetisiertes Mangan(IV)-oxid (CMD) enthält 90 bis 95% reines Mangan(IV)-oxid. Es hat eine Delta-Phasenkristallstruktur.

3. Elektrolytisches Mangan(IV)-oxid (EMD). EMD ist das teuerste, aber leistungsmäßig beste. Es bietet eine höhere Kapazität der Batterie und wird in schweren industriellen Anwendungen verwendet. Es hat eine Gamma-Phasenkristallstruktur.

3. In diese spulenförmige Kathode wird ein Kohlenstoffstab als Stromsammler von der Kathode eingeführt. Die Spitze dieses Kohlenstoffstabs dient auch als positiver Pol der Zelle.
   

   
   

   Der Kohlenstoffstab wird normalerweise aus gepresstem Kohlenstoff hergestellt. Er ist sehr leitfähig. Kohlenstoff ist von Natur aus hochporös. Durch Wachs- und Ölbehandlung wird der Kohlenstoff bis zu einem gewissen Grad weniger porös, sodass er das Durchdringen des nassen Elektrolyts verhindert, aber Gase durchlassen kann. Wir tun dies, damit die während der starken Entladung der Batterie gebildeten Wasserstoff- und Kohlendioxidgase durch diesen Kohlenstoffstab entweichen können. Diese Gase haben nur diesen porösen Weg, um hindurchzukommen, da wir die obere Seite der Spule mit Asphalt versiegeln. Das bedeutet, dass der Kohlenstoffstab in der Zink-Kohlenstoff-Batterie auch als Entlüftungspassage für die bei starker Entladung gebildeten Gase dient.

4. Anode und Kathode werden durch eine dünne Schicht von Getreidepaste, die mit Ammoniumchlorid und Zinkchlorid-Elektrolyt oder Stärke oder polymerbeschichtetem absorbierendem Kraftpapier befeuchtet, getrennt. Eine dünne Trennschicht verringert den internen Widerstand der Zelle.
   Eine häufig verwendete Leclanche-Zelle hat ein Elektrolyt, das eine nasse Mischung aus Ammoniumchlorid und einer geringeren Menge an Zinkchlorid ist. Andererseits enthält eine Zinkchlorid-Zelle nur nasses Zinkchlorid als Elektrolyt. Allerdings kann eine kleine Menge Ammoniumchlorid auch zum Zinkchlorid hinzugefügt werden, um die hohe Leistung der Zinkchlorid-Batterie sicherzustellen.

5. Auf der Spitze der Kathodenspule befindet sich eine unterstützende Unterlegscheibe (nicht leitfähig).

6. Darüber wird eine Asphaltversiegelung angebracht, und darüber wiederum eine Wachsversiegelung.
   Versiegelungsanordnungen in der Batterie verhindern die Verdampfung des Elektrolyts und des Wassers während ihres Einsatz- und Lagerungslebens.

7. Nach dieser Versiegelungsanordnung wird wiederum eine Unterlegscheibe platziert, um das Versiegelungsmaterial an Ort und Stelle zu halten.

8. Diese obere Unterlegscheibe hält auch die einstückige Metallabdeckung, die auf der Spitze des Kohlenstoffstabs montiert ist.

9. Nun wird die Montage mit einem metallischen, papier- oder kunststoffbezogenen Gehäuse bedeckt, um ein ästhetisches Aussehen zu erzielen. Die Bezeichnungen und Kennwerte sind auf dem äußeren Gehäuse der Zelle aufgedruckt.

10. Manchmal wird der Boden der Zelle mit einem Stahlabdeckung versehen, die zusätzlichen Schutz bietet.

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