Baterii saline și alcaline

Bateriile cu mangan-zinc sunt fabricate în două variante: cu o sare și un electrolit alcalin.

baterii cu mangan

Până de curând, elementele sistemului electrochimic este cea mai comună, în ciuda faptului că au fost unul dintre primii și a rămas practic neschimbat, datorită caracteristicilor sale:

Pentru producator:
- cost redus și disponibilitatea materiilor prime
- tehnologie simplă
pentru cumpărător:
- valoare finită scăzută determinată de producător cost redus;
- ușurința de utilizare;
- satisfăcătoare pentru majoritatea aplicațiilor oblosti parametrilor electrici.

Acesta este raportul dintre preț și calitate le-a permis de aproape o jumătate de secol pentru a ține palma. Cu toate acestea, în ultimii ani, mulți producători au fost reducerea în mod constant producția lor sau de a refuza complet eliberarea lor, din cauza cerințelor crescute ale producătorilor de echipamente moderne electronice la parametrii electrici ai surse de alimentare.

Printre dezavantajele bateriilor de sare sunt:
- cădere de tensiune bruscă în curent de descărcare de gestiune;
- reducere semnificativă a capacității având în vedere la creșterea curenților de descărcare la valorile necesare pentru dispozitivele de curent;
- caracteristici de deteriorare ascuțite la temperaturi scăzute;
- un termen de valabilitate mic (aproximativ doi ani).

Termenul „capacitate nominală“ este rar utilizat pentru caracterizarea bateriilor de mangan-zinc, deoarece capacitatea lor este puternic dependentă de modul de funcționare și condițiile.

Principalele dezavantaje ale acestor elemente sunt mari de tensiune rata de scădere pe parcursul o descărcare semnificativă și a capacității reduse prin creșterea curentului de descărcare. Tensiunea finală de descărcare este fixat în funcție de sarcina în intervalul de 0,7-1,0 V.

Este nu numai valoarea de descărcare de gestiune curentă, dar programul de timp și sarcina. Cu descărcare intermitentă de mediu pentru curenți mari care bateriile crește semnificativ în comparație cu funcționare continuă. Cu toate acestea, la curenți mici de evacuare și luni de întreruperi de lucru ale capacității lor poate fi redusă ca urmare a auto-descărcare de gestiune.

Elementele sunt funcționale în intervalul de temperaturi de la -20 ° C, acompaniat de +60 Cu expunerea prelungită la temperaturi ridicate creste elementele Autodescărcare. Un recipient de temperatură scăzută a dat redus semnificativ. Cu toate acestea, atunci când ajustarea formularea electrolit a produs o serie de baterii rezistente la rece realizabile în intervalul de temperaturi de la -40 la +40 ° C

Pe elemente de mangan-zinc sare operabilitatea afectează în mod semnificativ timpul depozitării după fabricație. Autodescărcare le este determinată în primul rând de coroziune a electrodului de zinc și reacția masa activă a electrodului pozitiv cu agenți de îngroșare electrolitice. În funcție de compozițiile active și formulările tipuri și dimensiuni de elemente ale intervalelor de siguranță de la 1 la 3 ani de electrolit. Până la sfârșitul pierderii pe termen garantat de capacitate poate fi de 30-40%.

Atunci când sunt utilizate în dispozitivele pentru elementele din ultima etapă a descărcării și la terminarea acestuia se pot produce scurgeri de electrolit, datorită creșterii volumului masei active a electrodului pozitiv și electrolitului extrudat din pori. Mai ales acest efect este puternic manifestat după descărcarea de curent mare sau scurt circuit. La finalul descărcării datorită descompunerii lente de dioxid de mangan poate fi eliberat și oxigen, și ca urmare a coroziunii zincului - hidrogen, ceea ce contribuie, de asemenea, pentru a mări volumul intern al bateriilor.

Electrodul negativ este realizat dintr-o rezistenta la coroziune de zinc de puritate ridicată (zinc fracțiunea de masă de 99,94% sau mai mult). Zinc conține o cantitate mică de plumb, cadmiu sau galiu (zecimi sau sutimi de procente), care sunt inhibitori de coroziune zinc.

Electrolitul din elementele acestui sistem a fost anterior soluție de clorură de amoniu (elemente clasice Leklanshe). clorura de amoniu este implicată în reacțiile actuale producătoare, electrolitul asigură conductivitatea ionică și stabilizează pH-ul electrolitului la curenti de descarcare joase. Dar formarea compușilor complecși ușor solubile care intră în domeniul de aplicare al masei catodului, care rezultă, pe de o parte, la creșterea rezistenței interne a bateriei, iar celălalt - excreției electrolit în exces din regiunea de reacție. De aceea, după o soluție de electrolit de clorură de amoniu a fost înlocuit cu o soluție de clorură de zinc, uneori suplimentată cu clorură de calciu. Astfel de baterii mangan-zinc pot descărcare pentru o lungă perioadă de timp, cu o densitate de curent relativ mari și au o curbă de evacuare înclinată. Clorura de zinc accelerează solidificarea electrolit, și are proprietăți de tamponare antignilostnymi. Eficiența acestor elemente la temperaturi reduse semnificativ mai mare decât clasic. Pentru a reduce punctul de îngheț al electrolitului în formula sa este clorura de calciu. Pe lângă inhibitorii menționați anterior coroziune zinc, uneori adăugat suplimentar bicromat de potasiu și sulfat de crom, care este tăbăcire agent de prevenire electrolit subțierea cu creșterea temperaturii.

Când procesele de clorură de amoniu folosind sunt descrise electrod curent care produc reacții de următoarea ecuație:

Când se utilizează ecuația clorură de zinc are forma:

Elemente de performanță energetică cu electrolit de clorură de zinc este mult mai mare: la curenți de sarcină medie și ridicată, ele pot oferi 1,5-2 ori durata lucrărilor. le serviceability la temperaturi mai mici, de asemenea, mai mari.

Construcția de baterii de sare

corpul celulei de ser fiziologic, realizat din zinc, un electrod negativ 1. Electrodul pozitiv 2 este o preformă a masei activă comprimată, umezită cu electrolit, este situat în centrul colector 3 - tija carbon impregnat cu compoziții pe bază de parafină, pentru a reduce pierderile de apa din electrolit . colector Top sertizate capac metalic. Electrolitul din separatorul 4 - îngroșate. Elementele 5 au o cameră de gaz care primește gazele evoluate în timpul descărcării și auto-descărcare. garnitură Top plasate 6. Pentru a reduce probabilitatea de scurgere, ca urmare a coroziunii zincului subțire elementul ceașcă cu perete 7 este plasat într-o pungă, carton sau polimer, uneori utilizat suplimentar tinplate Case. În acest caz, elementul inferior și superior este de asemenea sigilat tinplate.

Designul bateriilor saline

Baterii (alcaline) alcaline

Bateriile alcaline cu zinc-mangan au început să producă în mijlocul secolului al 20-lea. Una din prima lor producție comercială a companiei a însușit Duracell (SUA).

Agentul de oxidare este dioxidul de mangan, și un agent de reducere - sub formă de pulbere de zinc, care se dezvoltă în mod semnificativ de suprafață și, astfel, reduce probabilitatea de suprafață pasivare zinc la curenți mari de refulare.

Pentru a încetini coroziunea utilizată anterior amalgamare atât în ​​vrac și de suprafață. După impunerea de restricții privind utilizarea mercurului aplicat pulberilor de zinc de puritate ridicată, dopate cu anumite metale, precum inhibitori de coroziune organici.

Componentele baterii alcaline. Materialul anod activ este pulbere de zinc de puritate ridicată. Pentru a reduce viteza de coroziune a zincului poate fi aliat cu adaosuri mici de plumb, indiu, bismut și aluminiu. Rata de coroziune zinc crește semnificativ cu conținutul de fier din ea, de aceea este foarte important să se reducă proporția de fier la cel mai scăzut nivel. Diametrul mediu al particulelor de zinc - în limitele de 155-255 microni, o suprafață specifică de aproximativ 0,02 m2 / g.

Anodul activ cuprinde masa zinc (fracție de volum de 18-33%), agent de îngroșare (component de gel), o soluție de electrolit, oxid de zinc și inhibitor de coroziune (vezi. Tabelul). Deoarece componenta de gel utilizat derivați de celuloză, poliacrilați, alcool polivinilic și alți polimeri.

O compoziție tipică a bateriilor alcaline masa anodului

Electrolitul folosit în soluții concentrate de hidroxid de potasiu (uneori NaOH) cu adaosuri de ZnO și uneori LiOH. Electrolitul este îngroșată cu compuși polimerici naturali sau sintetici care conțin grupe OH.

La începutul procesului de descărcare are loc pentru a forma o oxidare zinc ZnO2 zincate 2- (sau Zn (OH) 4 2-). După începerea procesului secundar soluție de electrolit saturație zincate:

Zn + 2OH - → Zn (OH) 2 + 2e -

urmată de descompunerea hidroxidului de zinc pe ZnO și H2 O. La al doilea pas în elementul vine echilibru al emisiilor și absorbția OH - ioni și alcaline se consumă, astfel ca aceasta să funcționeze suficient cantitate mică de electrolit, care umple numai porii si electrozii interstițiului.

electrod de zinc sub formă de pudră asigură o creștere substanțială a utilizării materialului activ în comparație cu elementele de sare. Când elementele alcaline medii de evacuare neintrerupta si curenti mari asigura o capacitate mai mare (7-10 ori) decât elementele saline de aceleași dimensiuni. munca alcalină mai bine la temperaturi joase: la -20 ° C, este dată aceeași capacitate ca sare într-un mod de descărcare continuă la temperatura camerei. Rata de auto-descărcare a celulelor de mangan zinc alcaline mai puțin: după 1 an de depozitare la +20 ° C sau 3 luni la +50 ° C, pierderea de capacitate este de aproximativ 10% din capacitatea inițială.

Perioada de valabilitate garantată de baterii alcaline este de 5-7 ani, uneori până la 10 ani.

Deci, pentru aceeași dimensiune de baterii saline și alcaline, durata acesteia din urmă la aceleași mici de curent 1,5-2 ori mai mare, iar pentru mari - 4-10 ori mai mult.

Curbele de descărcare ale celulei de mangan-zinc la diferite curenti de descarcare: o solutie salina, b-alcaline

Design-ul bateriilor alcaline

Dimensiuni cilindrice corpuri coincid cu dimensiunile sistemului de mangan-zinc elementele cu electrolit salină. În același timp, dispozitivul de baterii alcaline diferă de dispozitivul de analogi de sare: elemente de metale alcaline au ca structura inversată (a se vedea figura.). Elemente cu un electrolit alcalin este întotdeauna de zinc sub formă de pulbere, cu toate acestea, în loc de cupă din oțel zincat folosit un corp cilindric care servește drept colector al electrodului pozitiv. Masa activă a electrodului pozitiv podpressovyvaetsya la peretele interior al carcasei. Intr-o celula alcalină poate fi poziționată peste masa activă a electrodului pozitiv decât ser fiziologic al aceluiași element de volum. De exemplu, o celulă alcalină dimensiune D poate fi plasat 37-41 g de dioxid de mangan, în timp ce în ser fiziologic numai 22-28 element este plasat în cavitatea interioară, materialul format electrod pozitiv activ, separatorul inserat impregnat cu electrolit. Ca material de separare, filmul regenerat (celofan) sau materiale polimerice nețesute. Conform axa elementelor plasate alamă colector curent al electrodului negativ, iar spațiul dintre acesta și colectorul separatorului anod bătătorit strâns pastă compusă din pulberi în suspensie electrolit de zinc impregnat. Frecvent la fabricarea elementelor deja în electrolit alcalin este utilizat, pre-saturat cu zincate, prin care se evită consumul de alcalii în operația inițială. În plus, prezența electrolitului încetinește zincates vitezei de coroziune zinc.

Baterii alcaline: Dispozitiv
1, un catod 2 cu separator de electrolit, cazul 3-carcasă 4, colectorul 5, un anod 6, un fund 7, 8-garnitură

Datorită masei mai densă și bateriile alcaline activ corp din oțel de aplicare cu aceeași dimensiune, de obicei, sare mai grele 25-50%.

Capacitate și alcaline de energie baterii. Ca și în cazul tuturor surselor de energie chimică, capacitatea bateriei cu electrolit alcalin scade odată cu creșterea curentului de descărcare și o scădere a temperaturii, dar mai puțin dramatic decât elementele cu electrolit salină. Elementele capacitive specifice cu electrolit alcalin în timpul descărcării curenti mici de aproximativ 1,5 ori mai mare a elementului capacitanță specific cu electrolit salină. Atunci când descărcarea curenți mari, aceasta diferenta ajunge la 4-10 ori.

Sursa de alimentare Capacitatea cu mediul de evacuare intermitentă și curenții mari normalizate mai mari decât în ​​timpul descărcării continue. Dar, cu intermitente curenți de descărcare mici de capacitatea sursei de curent mai puțin sub capacitatea de descărcare continuă din cauza auto-descărcare de gestiune.

În lumea producției observată tendință stabilă de a crește ponderea celulelor de mangan-zinc mai alcaline mari consumatoare de energie.

Trebuie subliniat din nou că, în scopul de a reduce elementele Autodescărcare sunt acum utilizate nu mercur, cadmiu, zinc și alți inhibitori de coroziune care sunt mai puțin toxici.

În cazul conținutului de pe site, trebuie să devină o legătură activă la acest site vizibil pentru vizitatori și păianjeni motor de căutare.