Costruzione della Pila di Zinco-Carbone | Cellula Leclanché
Costruzione della batteria Leclanché
La cella cilindrica Leclanché comunemente disponibile sul mercato presenta le seguenti caratteristiche costruttive.
Un contenitore cilindrico realizzato con una sottile lamina di zinco, funge da anodo e contiene anche tutti gli altri materiali attivi ed elettrolitici della batteria.
L'ideale sarebbe che lo zinco utilizzato nella batteria fosse puro al 99,99%. Tuttavia, lo zinco utilizzato per la realizzazione del contenitore di una batteria a zinco-carbone contiene tra il 0,03 e il 0,06% di cadmio e tra il 0,02 e il 0,04% di piombo. Il piombo conferisce allo zinco migliori qualità di formatura e inoltre è un inibitore di corrosione. Inoltre, il cadmio fornisce una forte resistenza alla corrosione allo zinco.
Lo zinco utilizzato nella batteria a zinco-carbone dovrebbe essere privo di impurità come cobalto, rame, nichel, ferro, poiché questi materiali reagiscono in modo corrosivo con lo zinco in presenza dell'elettrolita. Inoltre, il ferro rende lo zinco più duro. Impurità come antimonio, arsenico, magnesio rendono lo zinco fragile.Il materiale catodico è il biossido di manganese. Il biossido di manganese viene miscelato con nero acetilenico e bagnato con elettrolita di cloruro d'ammonio, compresso in una macchina idraulica per dare forma a un bobina solida.
La bobina funge da elettrodo positivo della batteria. L'ossido di manganese (MnO2) in polvere e il nero di carbonio in polvere vengono miscelati con acqua, cloruro d'ammonio (NH2Cl) o/ed il cloruro di zinco (ZnCl2). Qui, l'MnO2 è il materiale catodico attivo, ma altamente resistivo elettricamente, e la polvere di nero di carbonio aumenta la conduttività del catodo. Poiché la polvere di carbonio è un buon assorbente di umidità, mantiene l'elettrolita umido all'interno della bobina. Il rapporto tra MnO2 e carbonio può variare da 3:1 a 11:1 in peso, a seconda della progettazione della batteria. Questo rapporto può anche essere 1:1 quando la batteria viene prodotta per i flash delle fotocamere, poiché qui sono più importanti le alte correnti pulsate rispetto alla capacità.Esistono diversi tipi di biossido di manganese utilizzati nelle batterie a zinco-carbone secche.
In precedenza, si usava il grafite come mezzo conduttivo della bobina catodica, ma ora si usa il nero di carbonio, poiché ha proprietà speciali di trattenimento dell'elettrolita umido e conferisce una migliore compressibilità e viscosità alla miscela catodica. Le celle contenenti nero di acetilene nel loro mix catodico, si comportano meglio nei servizi intermittenti, mentre le celle contenenti grafite nel loro mix catodico si comportano bene in operazioni ad alta corrente continua.
Il biossido di manganese naturale (NMD) è disponibile nell'oro naturale del materiale. Questi minerali contengono tra il 70 e l'85% di biossido di manganese. Ha una struttura cristallina alfa e beta.
Il biossido di manganese sintetizzato chimicamente (CMD) contiene tra il 90 e il 95% di biossido di manganese puro. Ha una struttura cristallina delta.
Il biossido di manganese elettrolitico (EMD). L'EMD è il più costoso tra gli altri, ma dal punto di vista prestazionale è il migliore. Fornisce una maggiore capacità della batteria e viene utilizzato in applicazioni industriali pesanti. Ha una struttura cristallina gamma.
Una barra di carbone viene inserita in questa bobina catodica, come raccolta di corrente dal catodo. La parte superiore di questa barra di carbone serve anche come terminale positivo della cella.
Di solito, la barra di carbone viene realizzata con carbone compresso. È altamente conduttiva. Per natura, il carbone è altamente poroso. Con trattamenti a cera e olio, il carbone viene reso meno poroso fino a un certo punto, in modo da poter impedire al liquido elettrolitico umido di passare attraverso, ma permettendo ai gas di passare. Lo facciamo in modo che gli idrogeno e biossido di carbonio formati durante la scarica intensa della batteria possano sfuggire attraverso questa barra di carbone. I suddetti gas hanno solo questo percorso poroso per passare, poiché sigilliamo la parte superiore della bobina con asfalto. Ciò significa che una barra di carbone nella batteria a zinco-carbone serve anche come passaggio di ventilazione per i gas formati durante la scarica intensa.
L'anodo e il catodo sono separati da uno strato sottile di pasta di cereali bagnata con elettrolita di cloruro d'ammonio e cloruro di zinco o carta assorbente di kraft ricoperta di amido o polimero. Un separatore sottile riduce la resistenza interna della cella.
Una cella Leclanché comunemente utilizzata ha un elettrolita che è una miscela umida di cloruro d'ammonio e una quantità minore di cloruro di zinco. D'altra parte, una cella a cloruro di zinco utilizza solo cloruro di zinco umido come elettrolita. Tuttavia, una piccola quantità di cloruro d'ammonio può essere aggiunta al cloruro di zinco per garantire un'alta performance della batteria a cloruro di zinco.Sulla parte superiore della bobina catodica è posizionata una rondella di supporto (non conduttiva).
Al di sopra di tale rondella è fornito un sigillo di asfalto e poi, sopra il sigillo di asfalto, c'è un sigillo di cera.
I dispositivi di sigillatura sono presenti nella batteria per prevenire l'evaporazione dell'elettrolita e dell'acqua durante la sua vita di servizio e di stoccaggio.Dopo questo sistema di sigillatura, viene posizionata nuovamente una rondella per tenere a posto il materiale di sigillatura.
Questa rondella superiore tiene anche il copricapo metallico monopezzo, montato sulla parte superiore della barra di carbone.
Ora l'assemblaggio è coperto da una giacca metallica, cartacea o plastica per conferirgli un aspetto estetico. Le etichette e le valutazioni sono scritte sulla copertura esterna della cella.
A volte, il fondo della cella è coperto da un copricapo in acciaio che fornisce protezione aggiuntiva.
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