Марганцево-цинковые батарейки с солевым электролитом

Катод - электролитический двуоксись  марганца или химический диоксид марганца (MnO2 (пиролюзит) в смеси с графитом (около 9,5 %), . Анодом является цинк, являющийся одновременно корпусом источника тока, активным веществом электролита  - хлорид цинка, хлорид аммония или хлорид аммония с хлоридом цинка.

Электролит находится либо в порах микропористого сепаратора, либо в загущенном состоянии.  Для предотвращения или снижения скорости коррозии в электролит и в цинк добавляют ингибиторы коррозии.

Принцип действия

Процессы, происходящие в сухом элементе
При потреблении тока электроны поступают через внешнюю электрическую цепь с цинкового электрода на угольный стержень. Происходят следующие реакции:
Анод: Zn → Zn 2+ + 2e−
На угольном стержне электроны расходуются на восстановление H3O+-ионов:
Катод: 2H3O+ + 2e− → H2 + 2H2O
Ионы H3O+ образуются в результате частичного протолиза NH4+-ионов электролита:
NH4+ + H2O ↔ H3O+ + NH3
При восстановлении H3O+-ионов образуется водород, который не может удалиться (корпус герметичен) и образует вокруг угольного стержня прослойку газа (поляризация угольного электрода). Ток медленно затухает. Чтобы избежать образования водорода, угольный электрод окружают слоем диоксида марганца (MnO2) . В присутствии диоксида марганца H3O+-ионы восстанавливаются с образованием воды:
2MnO2 + 2H3O+ + 2e− → 2MnO(OH) + 2H2O
Таким способом избегают поляризации электрода, а диоксид марганца называют деполяризатором. Электролит NH4Cl диссоциирует и частично протолизируется. В общем:
2NH4Cl + 2H2O ↔ 2NH3 + 2H3O+ + 2Cl−
Образующиеся на катоде ионы Zn2+ поступают в раствор и образуют труднорастворимую соль:
Zn2+ + 2NH3 + 2Cl− → [Zn(NH3)2]Cl2
В общем:
Анод: Zn — 2e− → Zn2+
Катод: 2MnO2 + 2H3O+ + 2e− → 2MnO(OH) + 2H2O
Раствор электролита: Zn2+ + 2NH4+ + 2Cl− + 2H2O ↔ [Zn(NH3)2]Cl2 + 2H3O+

Общая реакция: Zn + 2MnO2 + 2NH4Cl → 2MnO(OH) + [Zn(NH3)2]Cl2 Во время разрядки цинковый стакан растворяется. Во избежание вытекания электролита или продуктов реакции цинковый стакан имеет запас по толщине или окружён железной защитной оболочкой.

Преимущества

Минимальная стоимость и большое количество выпускаемых типоразмеров

Недостатки

Падающая разрядная кривая, относительно невысокая удельная энергия, значительное ухудшение характеристик при повышенных нагрузках и низких температурах, срок хранение около двух лет.

Применение

В настоящее время во всем мире ежегодно производятся 7—9 млрд. таких элементов. Широкое распространение марганцево-цинковых элементов связано с удачным сочетанием ряда их качеств: относительной дешевизны, удовлетворительных электрических показателей, приемлемой сохраняемости и удобства в эксплуатации. Применяются в устройствах с минимальным энергопотреблением: пульт дистанционного управления, часы, термометры и др. Постепенно вытесняется другими типами элементов питания из-за малого срока службы и небольшой ёмкости.

 

© 2012-2013 Аккумуляторы, батарейки, аккумуляторные батарейки Рё топливные элементы. Устройство аккумулятора, схема, заряд аккумулятора | akkumulatori.ru www.akkumulatori.ru