아연 탄소 배터리 구축 | 르클랑세 셀
Leclanche’ 배터리 구조
일반적으로 시장에서 구할 수 있는 원통형 Leclanche’ 셀은 다음과 같은 구조적 특징을 가지고 있습니다.
박판 징크로 만든 원통형 캔은 양극 역할을 하며, 이는 또한 배터리의 모든 활성물질과 전해질을 담고 있습니다.
이론적으로, 배터리에 사용되는 징크는 99.99% 순도여야 합니다. 그러나, 징크-탄소 배터리 용기에 사용되는 징크는 0.03~0.06%의 카드뮴과 0.02~0.04%의 납을 포함하고 있습니다. 납은 징크의 성형 품질을 향상시키며 부식 억제제 역할을 합니다. 또한, 카드뮴은 징크에 강력한 부식 저항력을 제공합니다.
징크-탄소 배터리에 사용되는 징크는 코발트, 구리, 니켈, 철과 같은 불순물을 포함해서는 안 됩니다. 이러한 물질들은 전해질이 존재할 때 징크와 부식 반응을 일으킵니다. 또한, 철은 징크를 더 단단하게 만듭니다. 안티모니, 아르세닉, 마그네슘 등의 불순물은 징크를 취성으로 만듭니다.음극 물질은 삼산화망간입니다. 삼산화망간은 아세틸렌 블랙과 혼합되어 암모늄 염화물 전해질로 적셔진 후, 유압 기계로 압축하여 고체 밥통 모양으로 만들어집니다.
밥통은 배터리의 양극 역할을 합니다. 분말 형태의 삼산화망간(MnO2)과 분말 탄소 블랙은 물, 암모늄 염화물(NH2Cl) 또는/및 징크 염화물(ZnCl2)과 혼합됩니다. 여기서 MnO2는 활성 음극 물질이나, 매우 전기 저항이 높습니다. 탄소 블랙 분말은 음극의 도전성을 증가시킵니다. 탄소 분말은 습기를 잘 흡수하므로, 밥통 내부의 습기 전해질을 유지합니다. MnO2와 탄소의 비율은 배터리 설계에 따라 무게 기준 3:1부터 11:1까지 다양할 수 있습니다. 카메라 플래시용 배터리를 제조할 때는 이 비율이 1:1이 될 수도 있으며, 이 경우 높은 펄스 전류가 용량보다 중요하기 때문입니다.건식 징크-탄소 배터리에 사용되는 몇 가지 유형의 삼산화망간이 있습니다.
예전에는 그래파이트가 음극 밥통의 도전 매체로 사용되었지만, 이제는 습기 전해질을 잘 유지하고 음극 혼합물에 더 나은 압축성과 점성을 제공하는 탄소 블랙이 사용되고 있습니다. 음극 혼합물에 탄소 아세틸렌 블랙을 포함하는 셀은 간헐적인 서비스에서 더 좋은 성능을 발휘하며, 그래파이트를 포함하는 셀은 높은 연속 전류 작동에서 더 좋은 성능을 발휘합니다.
천연 삼산화망간(NMD)은 원석 형태로 자연적으로 발견됩니다. 이 광물은 70~85%의 삼산화망간을 포함하고 있으며, 알파 및 베타 결정 구조를 가지고 있습니다.
화학 합성 삼산화망간(CMD)은 90~95%의 순수 삼산화망간을 포함하고 있으며, 델타 결정 구조를 가지고 있습니다.
전해 삼산화망간(EMD). EMD는 다른 것들에 비해 가장 비싸지만 성능 면에서는 최고입니다. 이는 배터리의 용량을 높이고, 중무 업종 산업용으로 사용됩니다. 감마 결정 구조를 가지고 있습니다.
이 밥통 모양의 음극에 탄소 막대가 삽입되어 음극에서 전류를 수집합니다. 이 탄소 막대의 상단은 셀의 양극 단자 역할을 합니다.
일반적으로 탄소 막대는 압축 탄소로 만들어집니다. 이는 매우 도전성이 높습니다. 탄소는 본질적으로 매우 다공성입니다. 왁스와 오일 처리를 통해 탄소는 어느 정도까지는 다공성을 줄여, 습기 전해질이 통과하지 못하도록 하지만, 가스는 통과할 수 있게 합니다. 이렇게 함으로써, 배터리의 큰 방전 동안 생성된 수소와 이산화탄소 가스가 탄소 막대로 탈출할 수 있습니다. 이 가스들은 우리가 밥통의 상부를 아스팔트로 밀봉했기 때문에, 탄소 막대를 통해만 통과할 수 있습니다. 즉, 탄소 막대는 징크-탄소 배터리에서 발생하는 가스의 배출 통로 역할을 합니다.
양극과 음극은 암모늄 염화물과 징크 염화물 전해질로 적신 곡물 페이스트 또는 스타치 또는 폴리머 코팅 흡수성 크래프트 종이의 얇은 층으로 분리됩니다. 얇은 분리기는 셀의 내부 저항을 줄입니다.
일반적으로 사용되는 Leclanche’ 셀은 암모늄 염화물과 소량의 징크 염화물 전해질의 습기 혼합물을 전해질로 사용합니다. 그러나, 징크 염화물 셀은 전해질로 단지 습기 징크 염화물만 사용합니다. 징크 염화물 배터리의 성능을 보장하기 위해 암모늄 염화물을 소량 추가할 수도 있습니다.음극 밥통 위에는 지지 워셔(비도전성)가 위치합니다.
이 워셔 위에는 아스팔트 밀봉이 있고, 그 위에는 왁스 밀봉이 있습니다.
밀봉 장치는 배터리의 사용 및 보관 기간 동안 전해질 및 물의 증발을 방지하기 위해 설치됩니다.이 밀봉 장치 위에는 다시 워셔가 위치하여 밀봉 재료를 고정합니다.
이 상부 워셔는 탄소 막대 위에 장착된 하나의 금속 커버를 고정합니다.
이제 조립체는 미적 외관을 위해 금속, 종이 또는 플라스틱 자켓으로 덮어져 있습니다. 셀의 외부 커버에는 라벨 및 등급이 표시됩니다.
셀의 바닥은 때때로 추가적인 보호를 위해 강철 커버로 덮여 있습니다.
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