Материал из Википедии - свободной энциклопедии.
Щелочная батарея, или щелочная марганцево-цинковая батарея ( англ. alkaline battery) - вид электрических батарей , Принцип действия которых связан с реакцией цинка с диоксидом марганца (Zn / MnO2). Щелочные батареи представляют собой некоторое улучшение технологии угольно-цинковых батарей (Солевых марганцево-цинковых батарей) XIX-го века. Одной из первых компаний, освоивших их промышленный выпуск является DURACELL (США). [1] Наиболее распространенными типоразмерами являются: AA , AAA , C и D .
Технология производства щелочных батареек была разработана и внедрена в употребление в 50-х гг. XX века. Основные изменения коснулись химического состава электролита, который стал более щелочным , Что позволило увеличить в разы плотность и срок годности батарей, а также отличается конструкция - корпус служит просто для защиты, и не участвует в химических реакциях. Перезарядные щелочные батарейки позволяют повторное использование специально разработанных элементов.
Поперечное сечение щелочной батареи:positive connection
- металлический колпачок для положительной связи
current pick up - токосъема вверх - угольный стержень, пропитанный соединениями на основе парафина для уменьшения потерь воды из электролита. Сверху токопровод обжатый металлическим колпачком для положительной связи
zinc anode - цинковый анод - цинк в виде порошка размещают в центральной части батареи
ion conducting separator - ионопровидний сепаратор
outer casing - внешний корпус стальной никелированный. На него может быть одет картонный или полимерный футляр
manganese oxide cathode - катод представляет собой смесь угля и диоксида марганца . Активную массу положительного электрода пидпресовують к внутренней стенке стального никелированного корпуса
pressure expansion seal -
protective cap - защитный колпачок
negative terminal - отрицательный полюс
Следует помнить, что солевые и щелочные элементы имеют разную полярность корпуса: в солевых он минусовым полюсом, в щелочных - положительным.
Стандартные батареи состоят из четырех основных компонентов:
- анод - отрицательно заряженный «топливный» электрод , Содержащий электроны , Которые питают устройства. В этих батареях представляет желеобразную смесь активного цинка и щелочного электролита. Цинк высокой степени чистоты в виде порошка позволяет суттевоо увеличить поверхность реакции.
- катод - положительно заряженный электрод, принимает электроны с внешнего круга и помогает их проведению. Катод представляет собой смесь угля и диоксида марганца . Размещается вокруг анода и электролита и отделяется слоем нетканого материала.
- электролит - проводник заряда между анодом и катодом внутри элемента. Электролитом является концентрированный раствор гидроксида калия (КОН) с добавками ZnO иногда LiOH , Который загущуеться природными или полимерными соединениями. [1]
- сепаратор - материал, обеспечивающий барьер между анодом и катодом с целью предотвращения их соприкосновения и обеспечения свободного движения заряда.
В щелочной батарейке, анод сделан из цинкового порошка, дает большую поверхность для увеличения потока электронов, катод в свою очередь состоит из диоксида марганца. В отличие от цинк-угольных батареек электролитом является гидроксид калия (в цинково-угольных хлорид аммония или хлорид цинка ).
Полуреакции осуществляемых в в щелочной батарейке:
Zn (s) + 2OH- (aq) → ZnO (s) + H2O (l) + 2e- 2MnO2 (s) + H2O (l) + 2e- → Mn2O3 (s) + 2OH- (aq)
Используя щелочной электролит и другие активные ингредиенты, щелочной элемент получил значительные преимущества в работе по сравнению с угольно-цинковыми батарейками. Щелочная батарейка имеет большую плотность энергии , Больший срок хранения и много других преимуществ по сравнению с обычными угольно-цинковыми батареями.
Если сравнивать солевые батареи тех же габаритов с щелочными батареями, то последние, при непрерывном разряде средними и повышенными токами, обеспечивают емкость большую в 7-10 раз. Также они лучше работают при низких температурах: при -20 ° C отдают такую же емкость, как солевые в режиме непрерывного разряда при комнатной температуре. Скорость саморазряда ниже: после одного года хранения при + 20 ° C или трех месяцев при + 50 ° С потери емкости составляют ≈ 10% от первоначальной. Через плотную активную массу и использования стального корпуса щелочные элементы при тех же габаритах обычно труднее солевых на 25-50%.
Щелочные батарейки хорошо подходят для устройств с энергопотреблением от десятков до нескольких сотен миллиампер - по емкости порядка 2-3 А · ч они обеспечивают вполне разумное время работы. К сожалению, есть у них и существенный минус: большой внутреннее сопротивление . Если нагрузить батарейку действительно большим током , Ее напряжение сильно просядет, а значительная часть энергии будет тратиться на нагрев самой батарейки - в результате эффективная емкость щелочных батареек сильно зависит от нагрузки .
Срок хранения батарей зависит от рецептуры активных масс, конструктивного исполнения и размеров батарей и составляет от от 1 до 3 лет. В конце гарантированного срока хранения потери емкости элемента могут составлять до 30-40% от номинальной ее величины. У некоторых производителей срок хранения батарей приблизился к 10 годам. [1]
Средства продолжения использования [ ред. | ред. код ]
- ↑ а б в Шембель А. Н., Белогуров В. А. Основные характеристики современных химических источников тока различных электрохимических систем // Современная специальная техника. Научно-практический журнал. - № 2 (17), 2009 (с.: 66-86)