Mangaan zink element. (1) metalen kap, (2) grafietelektrode ("+"), (3) zinkbeker (""), (4) mangaanoxide, (5) elektrolyt, (6) metaalcontact. Mangaan-zinkelement, ... ... Wikipedia

RC 53M (1989) Mercury-zinkcel ("RC-type") galvanische cel waarin de anode zink is ... Wikipedia

Oxyride Batterij Oxyride™ batterijen zijn het handelsmerk voor eenmalig gebruik (niet-oplaadbare) batterijen ontwikkeld door Panasonic. Ze zijn speciaal ontworpen voor apparaten met een hoog stroomverbruik ... Wikipedia

Een normale Weston-cel, een kwik-cadmium-cel, is een galvanische cel, waarvan de EMV zeer stabiel is in de tijd en reproduceerbaar van de ene kopie naar de andere. Het wordt gebruikt als referentiespanningsbron (referentiespanning) of spanningsstandaard ... ... Wikipedia

SC 25 Zilver-zinkbatterij, secundaire chemische stroombron, batterij, waarin de anode zilveroxide is, in de vorm van gecomprimeerd poeder, de kathode is een mengsel ... Wikipedia

Miniatuurbatterijen in verschillende maten Een miniatuurbatterij, een knoopbatterij, werd voor het eerst veel gebruikt in elektronische polshorloges, daarom wordt het ook wel ... Wikipedia

Kwikzinkcel ("RC-type") is een galvanische cel waarin de anode zink is, de kathode kwikoxide is en de elektrolyt een oplossing van kaliumhydroxide is. Voordelen: constante spanning en enorme energie-intensiteit en energiedichtheid. Nadelen: ... ... Wikipedia

Een galvanische mangaan-zinkcel, waarin mangaandioxide wordt gebruikt als kathode, zinkanode in poedervorm en een alkali-oplossing, gewoonlijk kaliumhydroxide, als elektrolyt. Inhoud 1 Geschiedenis van de uitvinding ... Wikipedia

Nikkel-zinkbatterij is een chemische stroombron waarbij de anode zink is, de elektrolyt kaliumhydroxide is met toevoeging van lithiumhydroxide en de kathode nikkeloxide is. Vaak afgekort als NiZn. Pluspunten: ... ... Wikipedia

De massale marktintroductie van compacte zink-luchtbatterijen kan een aanzienlijk verschil maken in de kleine autonome stroomvoorzieningsmarkt voor laptops en digitale apparaten.

energie probleem

en in de afgelopen jaren is de vloot van draagbare computers en verschillende digitale apparaten aanzienlijk gegroeid, waarvan er vele onlangs op de markt zijn verschenen. Dit proces is aanzienlijk versneld door de toenemende populariteit van mobiele telefoons. De snelle groei van het aantal draagbare elektronische apparaten heeft op zijn beurt geleid tot een serieuze toename van de vraag naar autonome elektriciteitsbronnen, met name naar verschillende soorten batterijen en accu's.

De noodzaak om een ​​groot aantal draagbare apparaten van batterijen te voorzien is echter slechts één kant van het probleem. Dus met de ontwikkeling van draagbare elektronische apparaten neemt de assemblagedichtheid van de elementen en het vermogen van de microprocessors die erin worden gebruikt toe - in slechts drie jaar is de klokfrequentie van de gebruikte PDA-processors met een orde van grootte toegenomen. Kleine monochrome schermen worden vervangen door kleurenschermen met een hoge resolutie en grotere schermen. Dit alles leidt tot een toename van het energieverbruik. Daarnaast is er een duidelijke trend naar verdere miniaturisering op het gebied van draagbare elektronica. Rekening houdend met de bovenstaande factoren, wordt het vrij duidelijk dat een toename van de energie-intensiteit, het vermogen, de duurzaamheid en de betrouwbaarheid van de gebruikte batterijen een van de belangrijkste voorwaarden is voor de verdere ontwikkeling van draagbare elektronische apparaten.

Het probleem van hernieuwbare bronnen van autonome stroomvoorziening is zeer acuut in het segment van draagbare pc's. Moderne technologieën maken het mogelijk om laptops te maken die qua functionele uitrusting en prestaties praktisch niet onderdoen voor volwaardige desktopsystemen. Het ontbreken van voldoende effectieve bronnen van autonome stroomvoorziening ontneemt laptopgebruikers echter een van de belangrijkste voordelen van dit type computer: mobiliteit. Een goede indicator voor een moderne laptop uitgerust met een lithium-ionbatterij is een batterijduur van ongeveer 4 uur 1, maar dit is duidelijk niet genoeg voor volwaardig werken in mobiele omstandigheden (een vlucht van Moskou naar Tokio duurt bijvoorbeeld ongeveer 10 uur, en van Moskou naar Los Angeles - bijna 15).

Een van de opties om het probleem van het verlengen van de levensduur van de batterij van draagbare pc's op te lossen, is de overgang van de nu wijdverbreide nikkel-metaalhydride- en lithium-ionbatterijen naar chemische brandstofcellen. Brandstofcellen op lage bedrijfstemperatuur zoals PEM (Proton Exchange Membrane) en DMCF (Direct Methanol Fuel Cells) zijn het meest veelbelovend voor toepassingen in draagbare elektronische apparaten en pc's. Als brandstof voor deze elementen wordt een waterige oplossing van methylalcohol (methanol) 3 gebruikt.

In dit stadium zou het echter te optimistisch zijn om de toekomst van chemische brandstofcellen uitsluitend in roze kleuren te beschrijven. Feit is dat minstens twee obstakels de massadistributie van brandstofcellen in draagbare elektronische apparaten in de weg staan. Ten eerste is methanol een nogal giftige stof, wat hogere eisen stelt aan de dichtheid en betrouwbaarheid van brandstofpatronen. Ten tweede moeten katalysatoren worden gebruikt om te zorgen voor een acceptabele doorgang van chemische reacties in brandstofcellen met een lage bedrijfstemperatuur. Momenteel worden katalysatoren gemaakt van platina en zijn legeringen gebruikt in PEM- en DMCF-cellen, maar de natuurlijke reserves van deze stof zijn klein en de kosten ervan zijn hoog. Het is theoretisch mogelijk om platina te vervangen door andere katalysatoren, maar tot nu toe heeft geen van de teams die zich bezighouden met onderzoek op dit gebied een acceptabel alternatief kunnen vinden. Tegenwoordig is het zogenaamde platinaprobleem misschien wel het grootste obstakel voor de wijdverbreide toepassing van brandstofcellen in laptops en elektronische apparaten.

1 Dit verwijst naar de gebruiksduur van de standaardbatterij.

2 Lees meer over brandstofcellen in het artikel "Fuel Cells: A Year of Hope", gepubliceerd in #1'2005.

3 PEM-cellen op gasvormige waterstof hebben een geïntegreerde converter voor de productie van waterstof uit methanol.

Zink luchtcellen

Hoewel de auteurs van een aantal publicaties zink-luchtbatterijen en -accu's beschouwen als een van de subtypes van brandstofcellen, is dit niet helemaal waar. Nadat u vertrouwd bent geraakt met het apparaat en het werkingsprincipe van zink-luchtcellen, zelfs in algemene termen, kan men een volledig ondubbelzinnige conclusie trekken dat het correcter is om ze als een afzonderlijke klasse van autonome voedingen te beschouwen.

Het ontwerp van de zink-luchtcel omvat een kathode en een anode, gescheiden door een alkalische elektrolyt en mechanische scheiders. Als kathode wordt een gasdiffusie-elektrode (GDE) gebruikt, waarvan het permeabele membraan ervoor zorgt dat zuurstof kan worden verkregen uit de atmosferische lucht die erdoorheen circuleert. De "brandstof" is de zinkanode, die wordt geoxideerd tijdens de werking van de cel, en het oxidatiemiddel is zuurstof die wordt verkregen uit de atmosferische lucht die via de "ademingsgaten" binnenkomt.

Aan de kathode vindt de reactie van elektroreductie van zuurstof plaats, waarvan de producten negatief geladen hydroxide-ionen zijn:

O 2 + 2H 2 O + 4e 4OH -.

Hydroxide-ionen verplaatsen zich in de elektrolyt naar de zinkanode, waar de zinkoxidatiereactie plaatsvindt met het vrijkomen van elektronen, die via het externe circuit terugkeren naar de kathode:

Zn + 4OH - Zn (OH) 4 2– + 2e.

Zn (OH) 4 2– ZnO + 2OH - + H20.

Het is vrij duidelijk dat zink-luchtcellen niet onder de classificatie van chemische brandstofcellen vallen: ten eerste gebruiken ze een verbruikbare elektrode (anode), en ten tweede wordt de brandstof aanvankelijk in de cel geplaatst en wordt deze tijdens bedrijf niet geleverd door de buiten.

De spanning tussen de elektroden van één zink-luchtcel is 1,45 V, wat heel dicht bij die van alkaline (alkaline) batterijen ligt. Indien nodig, om een ​​hogere voedingsspanning te verkrijgen, kunnen meerdere in serie geschakelde cellen worden gecombineerd tot een batterij.

Zink is een vrij algemeen en goedkoop materiaal, waardoor fabrikanten bij massaproductie van zink-luchtcellen geen problemen zullen ondervinden met grondstoffen. Bovendien zullen de kosten van dergelijke voedingen, zelfs in de beginfase, behoorlijk concurrerend zijn.

Ook is het belangrijk dat zink-luchtcellen zeer milieuvriendelijke producten zijn. De materialen die voor hun productie worden gebruikt, vervuilen het milieu niet en kunnen na recycling worden hergebruikt. De reactieproducten van zink-luchtelementen (water en zinkoxide) zijn ook absoluut veilig voor mens en milieu - zinkoxide wordt zelfs als hoofdbestanddeel van babypoeder gebruikt.

Onder de operationele eigenschappen van zink-luchtcellen is het vermeldenswaard voordelen als een lage zelfontladingssnelheid in een niet-geactiveerde toestand en een kleine verandering in de spanningswaarde tijdens ontlading (vlakke ontladingscurve).

Een zeker nadeel van zink-luchtcellen is de invloed van de relatieve vochtigheid van de binnenkomende lucht op de eigenschappen van het element. Voor een zink-luchtcel die is ontworpen om te werken bij 60% RV, wordt de levensduur bijvoorbeeld met ongeveer 15% verkort wanneer de luchtvochtigheid stijgt tot 90%.

Van batterijen naar oplaadbare batterijen

Wegwerpbatterijen zijn de gemakkelijkste zink-luchtceloptie om te implementeren. Bij het maken van zink-luchtcellen van groot formaat en vermogen (bijvoorbeeld bedoeld voor het aandrijven van energiecentrales van voertuigen), kunnen zinkanodecassettes vervangbaar worden gemaakt. In dit geval volstaat het om de cassette met de verbruikte elektroden te verwijderen en een nieuwe te installeren om de energietoevoer te vernieuwen. Afvalelektroden kunnen worden teruggewonnen voor elektrochemisch hergebruik bij gespecialiseerde bedrijven.

Als we het hebben over compacte batterijen die geschikt zijn voor gebruik in draagbare pc's en elektronische apparaten, dan is de praktische implementatie van de optie met vervangbare zinkanodecassettes onmogelijk vanwege het kleine formaat van de batterijen. Dit is de reden waarom de meeste compacte zink-luchtcellen die momenteel op de markt zijn, wegwerpbaar zijn. Kleine zink-luchtbatterijen voor eenmalig gebruik worden geproduceerd door Duracell, Eveready, Varta, Matsushita, GP en het binnenlandse bedrijf Energia. Het belangrijkste toepassingsgebied van dergelijke stroombronnen zijn gehoorapparaten, draagbare radio's, fotografische apparatuur, enz.

Veel bedrijven maken nu wegwerp-zink-luchtbatterijen

Enkele jaren geleden produceerde AER Power Slice zink-luchtbatterijen voor laptops. Deze items zijn ontworpen voor notebooks uit de Omnibook 600- en Omnibook 800-serie van Hewlett-Packard; hun levensduur van de batterij varieerde van 8 tot 12 uur.

In principe is er ook de mogelijkheid om oplaadbare zink-luchtcellen (batterijen) te maken, waarbij, wanneer een externe stroombron is aangesloten, de zinkreductiereactie aan de anode zal verlopen. De praktische uitvoering van dergelijke projecten wordt echter lange tijd gehinderd door ernstige problemen in verband met de chemische eigenschappen van zink. Zinkoxide lost goed op in een alkalisch elektrolyt en wordt in opgeloste vorm door het elektrolytvolume verdeeld, weg van de anode. Hierdoor verandert de geometrie van de anode aanzienlijk bij het opladen vanaf een externe stroombron: uit oxide gewonnen zinkoxide wordt op het oppervlak van de anode afgezet in de vorm van lintkristallen (dendrieten), die qua vorm vergelijkbaar zijn met lange spikes. Dendrieten doorboren de afscheiders en veroorzaken kortsluiting in de batterij.

Dit probleem wordt verergerd door het feit dat om het vermogen te vergroten, de anoden van de zink-luchtcellen zijn gemaakt van gemalen zinkpoeder (dit maakt het mogelijk om het oppervlak van de elektrode aanzienlijk te vergroten). Dus, naarmate het aantal laad-ontlaadcycli toeneemt, zal het oppervlak van de anode geleidelijk afnemen, wat de celprestaties nadelig beïnvloedt.

Tot op heden heeft Zinc Matrix Power (ZMP) het grootste succes geboekt in compacte zink-luchtbatterijen. ZMP-specialisten hebben een unieke zinkmatrixtechnologie ontwikkeld, die de belangrijkste problemen bij het opladen van batterijen heeft opgelost. De essentie van deze technologie is het gebruik van een polymeerbindmiddel, dat zorgt voor een ongehinderde penetratie van hydroxide-ionen, maar tegelijkertijd de beweging van zinkoxide dat oplost in de elektrolyt blokkeert. Door deze oplossing te gebruiken, is het mogelijk om merkbare veranderingen in de vorm en het oppervlak van de anode te voorkomen gedurende ten minste 100 laad-ontlaadcycli.

De voordelen van zink-luchtbatterijen zijn een lange gebruiksduur en een hoog specifiek energieverbruik, minstens twee keer zo hoog als dat van de beste lithium-ionbatterijen. Het specifieke energieverbruik van zink-luchtbatterijen bereikt 240 Wh per 1 kg gewicht en het maximale vermogen is 5000 W / kg.

Volgens de ZMP-ontwikkelaars is het vandaag mogelijk om zink-luchtbatterijen te maken voor draagbare elektronische apparaten (mobiele telefoons, digitale spelers, enz.) Met een energiecapaciteit van ongeveer 20 Wh. De kleinst mogelijke dikte van dergelijke voedingen is slechts 3 mm. Experimentele prototypes van zink-luchtbatterijen voor notebooks hebben een energiecapaciteit van 100 tot 200 Wh.

Zinc Air Prototype Batterij van Zinc Matrix Power

Een ander belangrijk voordeel van zink-luchtbatterijen is de volledige afwezigheid van het zogenaamde geheugeneffect. In tegenstelling tot andere soorten batterijen, kunnen zink-luchtcellen op elk laadniveau worden opgeladen zonder afbreuk te doen aan hun energiecapaciteit. Bovendien zijn zink-luchtcellen veel veiliger dan lithiumbatterijen.

Samenvattend kan men niet anders dan één belangrijke gebeurtenis noemen die een symbolisch startpunt werd voor de commercialisering van zink-luchtcellen: op 9 juni vorig jaar kondigde Zinc Matrix Power officieel de ondertekening aan van een strategische overeenkomst met Intel Corporation. Onder voorbehoud van de voorwaarden van deze overeenkomst zullen ZMP en Intel hun krachten bundelen om een ​​nieuwe technologie voor laptopbatterijen te ontwikkelen. Een van de belangrijkste doelen van deze werken is om de levensduur van de batterij van laptops tot 10 uur te verlengen. Volgens het bestaande plan zouden de eerste modellen notebooks uitgerust met zink-luchtbatterijen in 2006 op de markt moeten komen.

EN . We bieden een ander type stroombron aan: zink-luchtcel. Deze cel hoeft tijdens bedrijf niet te worden opgeladen, wat een heel belangrijk voordeel is ten opzichte van batterijen.

Een zink-luchtcel is nu de meest geavanceerde stroombron, aangezien deze een relatief hoge specifieke energie heeft (110-180 Wh/kg), gemakkelijk te vervaardigen en te bedienen is, en het meest veelbelovend is wat betreft het verhogen van zijn specifieke eigenschappen. De theoretisch berekende vermogensdichtheid van de zink-luchtcel kan oplopen tot 880 Wh/kg. Als ten minste de helft van dit vermogen wordt bereikt, wordt het element een zeer serieuze concurrent van de verbrandingsmotor.

Een zeer belangrijk voordeel van de zink-luchtcel is de lage spanningsverandering onder belasting als deze wordt ontladen. Bovendien heeft een dergelijk element een aanzienlijke sterkte, omdat het vat van staal kan zijn.

Het werkingsprincipe van zink-luchtcellen is gebaseerd op het gebruik van een elektrochemisch systeem: zink - bijtende kaliumoplossing - actieve kool, die atmosferische zuurstof adsorbeert. Door de samenstelling van de elektrolyt, de actieve massa van de elektroden te kiezen en het optimale ontwerp van de cel te kiezen, kan het specifieke vermogen aanzienlijk worden verhoogd.

Het ontwerp en het technologische productieproces van een zink-luchtcel zijn bijna niet te onderscheiden van een gas- en lood-kaliumcel. Het apparaat wordt getoond in de afbeelding. Het vat 1 bevat een negatieve zinkelektrode 2 en positieve elektroden 5 van actieve kool. De positieve elektroden zijn van het zaktype. In het midden van de zak 4 is een staaf 9 van gegalvaniseerd koolstof gestoken. De zak is strak gevuld met actieve kool, het bovenste deel is om de stang gebonden. Negatieve elektrode 2 is een zinken plaat met een dikte van 6-10 mm, in het bovenste uiteinde waarvan een gat wordt geboord en een draad wordt gesneden, waarin een stalen staaf 6 wordt geschroefd, die aan het uiteinde een overeenkomstige schroefdraad heeft. Op alle elektrodestaven zijn klemmen 8 aangebracht, waardoor een betrouwbaar contact wordt gegarandeerd. Tussen de wanden van het vat en de elektroden worden afscheiders 3 van gegolfd mipor of miplast gelegd. die uit afgedankte motor- of autoaccu's kan worden gehaald, 4-6 uur laten weken en daarna goed afspoelen met stromend water. Doek, dun vilt van vilten laarzen of glasvezel kunnen als scheidingstekens worden gebruikt.

Van bovenaf wordt het element afgesloten door een deksel 7, waarin zich doorgaande pluggen 10 bevinden, waar de elektrodestaven doorheen worden geleid, evenals een blindstop 11 voor het vullen van de elektrolyt.

Tijdens batterijbedrijf wordt zink geleidelijk opgelost door de elektrolyt. Na een volledige ontlading, wanneer al het zink is verbruikt, behouden de positieve elektroden hun functionaliteit en is het voldoende om de negatieve elektrode te vervangen, aangezien de batterij weer klaar is voor gebruik.

De gebruikte elektrolyt is een 20% oplossing van bijtend kalium in gedestilleerd water.

De elektrolyt kan lang worden bewaard als je hem in een fles onder de kurk giet en niet probeert te schudden.

De cel kan voor onbepaalde tijd in droge toestand worden bewaard als tijdens de fabricage de vereiste hoeveelheid bijtend kalium op de bodem wordt geplaatst en hermetisch wordt afgesloten met een stop 11. Om een ​​dergelijk element te activeren, volstaat het om gedestilleerd water in de cel te gieten. gat zodat het de elektroden bedekt.

Om de levensduur van de zinken plaat te verlengen, kan deze worden gecoat met kwikamalgaam. Giet 20-30 g van een vijf procent oplossing van zwavelzuur in een aardewerk of porseleinen schaal en laat een paar druppels kwik vallen. Plaats een zinken plaat op de bodem van de schaal en wrijf het kwik in het zink met een doekje of een tandenborstel totdat het oppervlak glanzend wordt. Deze methode kan de levensduur van de negatieve plaat met 10-20 keer verlengen. Het is noodzakelijk om met kwik in een zuurkast of buitenshuis te werken, omdat de dampen giftig zijn.

Om het element te demonteren volstaat het de klemmen 8 van de elektrodestaven te verwijderen, de doorvoerpluggen 10 te verwijderen, waarna het deksel 7 eenvoudig kan worden verwijderd en de verbruikte zinken plaat kan worden vervangen. Bij het demonteren van de cel moet de elektrolyt worden verwijderd en moet de binnenkant van het vat worden gespoeld met stromend water.

De celcapaciteit kan aanzienlijk worden verhoogd als de negatieve elektrode is gemaakt van poreus zink.

De nieuwigheid belooft lithium-ionbatterijen in energiecapaciteit drie keer te overtreffen en tegelijkertijd de helft van de prijs te kosten.

Merk op dat zink-luchtbatterijen nu alleen worden geproduceerd in de vorm van wegwerpcellen of handmatig "oplaadbaar", dat wil zeggen door de cartridge te vervangen. Overigens is dit type batterij veiliger dan lithium-ionbatterijen, omdat het geen vluchtige stoffen bevat en daarom niet kan ontbranden.

Het belangrijkste obstakel voor het creëren van oplaadbare opties van het netwerk - dat wil zeggen batterijen - is de snelle degradatie van het apparaat: de elektrolyt wordt gedeactiveerd, de oxidatie-reductiereacties vertragen en stoppen helemaal na slechts enkele oplaadcycli.

Om te begrijpen waarom dit gebeurt, moet u eerst het werkingsprincipe van zink-luchtcellen beschrijven. De batterij bestaat uit lucht- en zinkelektroden en een elektrolyt. Tijdens het ontladen vormt de van buitenaf binnenkomende lucht, niet zonder de hulp van katalysatoren, hydroxylionen (OH-) in de waterige elektrolytoplossing.

Ze oxideren de zinkelektrode. Tijdens deze reactie komen elektronen vrij om een ​​stroom te vormen. Tijdens het opladen van de batterij gaat het proces in de tegenovergestelde richting: aan de luchtelektrode wordt zuurstof geproduceerd.

Vroeger, tijdens de werking van een oplaadbare batterij, droogde de waterige elektrolytoplossing vaak gewoon uit of drong te diep door in de poriën van de luchtelektrode. Bovendien was het afgezette zink ongelijk verdeeld, waardoor een vertakte structuur ontstond, waardoor kortsluitingen tussen de elektroden begonnen te ontstaan.

De nieuwigheid is verstoken van deze tekortkomingen. Speciale geleer- en bindmiddelen regelen de vochtigheid en vorm van de zinkelektrode. Bovendien hebben wetenschappers nieuwe katalysatoren voorgesteld, die ook de werking van de elementen aanzienlijk verbeterden.

Tot nu toe zijn de beste prestaties van prototypes niet hoger dan honderden oplaadcycli (foto door ReVolt).

James McDougall, CEO van ReVolt, gelooft dat de eerste producten, in tegenstelling tot de huidige prototypes, tot 200 keer zullen worden opgeladen en dat het binnenkort mogelijk zal zijn om de 300-500 cyclusmarkering te bereiken. Met deze indicator kan het element bijvoorbeeld in mobiele telefoons of laptops worden gebruikt.

Het prototype van de nieuwe batterij is ontwikkeld door de Noorse onderzoeksstichting SINTEF, terwijl ReVolt het product commercialiseert (afbeelding ReVolt).

ReVolt ontwikkelt ook zink-luchtbatterijen voor elektrische voertuigen. Dergelijke producten lijken op brandstofcellen. De zinksuspensie daarin speelt de rol van een vloeibare elektrode, terwijl de luchtelektrode bestaat uit een systeem van buizen.

Elektriciteit wordt opgewekt door de slurry door de buizen te pompen. Het resulterende zinkoxide wordt vervolgens opgeslagen in een ander compartiment. Bij het opladen gaat het dezelfde kant op en het oxide verandert weer in zink.

Dergelijke batterijen kunnen meer elektriciteit produceren, aangezien het volume van de vloeistofelektrode veel groter kan zijn dan het volume van de luchtelektrode. McDougall gelooft dat dit type cel twee- tot tienduizend keer kan worden opgeladen.

In kwik-zinkcellen wordt een poreuze zinkelektrode gebruikt, waarin tot 10% kwik wordt ingebracht om corrosie te verminderen, en een kwikoxide-kathode gemengd met grafiet. De elektrolyt is een 30 ... 40% KOH-oplossing. De belangrijkste elektrodeprocessen worden beschreven door de vergelijkingen:

Zn + 2OH - → Zn (OH) 2 + 2e - (met daaropvolgende ontleding

zinkhydroxide tot ZnO en water) en

Hg + H 2 O + 2e - → Hg + 2OH -

De spanning van de kwik-zinkcel blijft stabiel tot het einde van de ontlading met lage stromen (tot 0,01 C N). Bij dergelijke stromen wordt zelfs bij 0 0 C een stabiele spanning geleverd. Hierdoor kunnen ze worden gebruikt als referentie-elementen in meetapparatuur. De elementen hebben even goede eigenschappen in zowel continu als intermitterend bedrijf. Typische ontladingskenmerken van kwik-zinkcellen worden weergegeven in figuur 17.7.

De spanning van het onderbroken circuit van deze elementen is 1,35 V, de bedrijfsspanning is 1,22 ... 1,25 V. Het bedrijfstemperatuurbereik is van -30 tot +70 0 C. De uiteindelijke ontladingsspanning is 0,9 ... 1,0 V.

De meest voorkomende zijn kwik-zinkcellen in schijfontwerp (Figuur 17.8), waarbij de positieve zinkelektrode 1 in de stalen behuizing wordt gedrukt en de negatieve (actieve massa) 2 in het deksel wordt gedrukt. Er is geen vrije ruimte in en waterstof, dat vrijkomt bij zinkcorrosie, wordt door diffusie verwijderd via de afdichtingspakking 4. De elektrolyt mag niet weglekken.

Miniatuur kwik-zinkcellen werden veel gebruikt in fotografische apparatuur, elektronische polshorloges, rekenmachines en medische apparatuur. Milieuproblemen in verband met de toxiciteit van kwik hebben echter geleid tot een wereldwijde stopzetting van de productie van deze elementen. Voor hun vervanging wordt het aanbevolen om elektrochemische cellen van zilverzink of lithium te gebruiken.

17.3.3 Zilver-zink elementen

Zilver-zink galvanische cellen hebben elektrische eigenschappen die dicht bij die van kwik-zink cellen liggen, stabiele ontladingseigenschappen bij hoge bedrijfsspanning (1,5 V) en een lange houdbaarheid. Ze zijn echter minder gevoelig voor verhoogde stroombelastingen. Het bedrijfstemperatuurbereik is van 0 tot +40 0 C. Deze elementen zijn het veiligst voor het milieu, maar relatief duur.

Zilver-zinkcellen worden voornamelijk geproduceerd in schijfontwerp en hun ontwerp is vergelijkbaar met dat van kwik-zinkcellen. De belangrijkste toepassing van zilver-zink elementen zijn elektronische polshorloges. De parameters van dergelijke elementen van de belangrijkste fabrikanten worden weergegeven in tabel 17.7.

17.3.4 Zink-luchtcellen

Zink-luchtcellen onderscheiden zich van andere primaire chemische stroombronnen door de aanwezigheid van een speciaal gat, dat tijdens de inbedrijfstelling wordt geopend om ervoor te zorgen dat lucht de cel binnenkomt, waarvan de zuurstof als oxidatiemiddel wordt gebruikt.

Met een katalysator gemodificeerde koolstofelektroden worden gebruikt als kathode waarop atmosferische zuurstof wordt gereduceerd. Het actieve materiaal van de anode is zink, de elektrolyt is een KOH- of NaOH-oplossing. De totale stroomgenererende reactie in het element kan worden geschreven:

Zn +1/2 H 2 O + 2OH - + H 2 O → Zn (OH) 4 2−

Terwijl het zink oplost en de oplossing verzadigd raakt met zinkaationen, ontleedt Zn (OH) 4 2− met de precipitatie van zinkoxide ZnO.

De spanning van het onderbroken circuit van een dergelijk element is 1,4 V en de bedrijfsspanning is 1,35 V. Het bedrijfstemperatuurbereik is + 10 ... + 40 0 ​​​​C.

m Kleine zink-luchtcellen zijn schijfvormig (Figuur 17.9) en worden voornamelijk gebruikt voor hoortoestellen. De anode is gemaakt van zinkpoeder. De kathode is een dunne kathode gemaakt van actieve kool, roet en een katalysator. De elektrolyt is meestal geconcentreerd. Met behulp van een speciaal membraan wordt de lucht na het openen van het gat gelijkmatig over het oppervlak van de kathode verdeeld. De elektrolyt gaat niet door de hydroforetische laag. Dergelijke elementen worden vervaardigd met een capaciteit van 50 tot 6300 mAh.

Batterijen gemaakt van mangaan-lucht-zinkcellen in een prismatisch ontwerp worden ook gebruikt voor de bediening van navigatieapparatuur, bijvoorbeeld de serie "Liman" of "Baken".