Alkalisk grundstof

Alkalisk batteri , alkalisk batteri , eng.  alkalisk batteri  - mangan-zink galvanisk batteri med alkalisk elektrolyt . Opfundet af Lewis Urry [ 1 ] . 

Ud over elektrolytten er hovedforskellen mellem et alkalisk batteri og et  saltbatteri anoden ( negativ elektrode) i form af et pulver, som øger strømmen afgivet af dette batteri [1] .

For standard alkaliske batterier er anoden zink, og katodematerialet kan være mangandioxid , sølvoxid , oxygen eller nikkelmetahydroxid [2] .

Opfindelseshistorie

For første gang blev brugen af ​​en alkalisk elektrolyt i kemiske strømkilder uafhængigt foreslået af Waldemar Jungner i 1899 og Thomas Edison i 1901 [3] [4] . De brugte en alkalisk elektrolyt i nikkel-cadmium-batterier .

Alkalisk elektrolyt blev først brugt i mangan-zink- batterier af den canadiske ingeniør Lewis Urry.i midten af ​​1950'erne, arbejde for Union Carbide , som producerede batterier under "Eveready"-mærket. Lewis Urry brugte Thomas Edisons arbejde [5] . I 1960 modtog Urry sammen med Carl Kordesch og Paul Marshal patent på design af et alkalisk grundstof [6] .

Klassifikation

Alkaliske celler er tilgængelige i to hovedversioner [7] [8] :

• alkalisk batteri ( eng.  Alcaline ), massen af ​​sådanne AA-celler er i området 22–24 g , kapaciteten er 2–3 Wh , og massen og kapaciteten af ​​AAA-celler er 11–12 g og 0,9–1,3 A h [7] , kapaciteten af ​​sådanne elementer af samme størrelse afviger ikke med mere end en tredjedel [8] ;
• økonomisk alkalisk batteri ( engelsk  ECO Alcaline ) med en reduceret mængde kemikalier og cirka to til tre gange mindre kapacitet end konventionelle batterier af samme størrelse, AA størrelse ECO Alcaline celler vejer omkring 18 g [8] .

Karakteristika

Typiske egenskaber for et alkalisk batteri:

• åben kredsløbsspænding: 1,58–1,64 V [7] .
• startspænding : 1,4–1,64 V [9] ;
• slutspænding: 0,7–0,9 V [9] ;
• specifik energi: 60–90 Wh/kg [10] [9] ;
• specifik effekt (ca.): 5 W/kg [10] ;
• driftstemperatur: -30…+55 °С ;
• konservering: 1-3 år [10]

Kemiske processer

Zinkoxidationsreaktioner finder sted på anoden af ​​et alkalisk batteri. Zinkhydroxid dannes først :

Zn + 2OH − → Zn(OH) 2 + 2e −

Zinkhydroxidet nedbrydes derefter til zinkoxid og vand.

Zn(OH) 2 → ZnO + H2O

Ved katoden opstår der igen reduktionsreaktioner af mangan(IV) oxid til mangan(III)oxid :

2MnO 2 + H 2 O + 2e - → Mn 2 O 3 + 2OH -

Generelt kan de kemiske processer inde i en celle, når man bruger KOH som en elektrolyt, beskrives med følgende ligning:

Zn + 2KOH + 2MnO 2 + 2e − → 2e − + ZnO + 2KOH + Mn 2 O 3

I modsætning til en saltcelle forbruges den alkaliske elektrolyt praktisk talt ikke i processen med at aflade batteriet, hvilket betyder, at dens lille mængde er tilstrækkelig. Derfor, i et alkalisk grundstof, i gennemsnit 1,5 gange mere mangandioxid.

Konstruktion

Ved design ligner det alkaliske element salt , men hoveddelene i det er arrangeret i omvendt rækkefølge. Anodepasta (3) i form af zinkpulver imprægneret med en fortykket alkalisk elektrolyt er placeret i den indre del af cellen og har et negativt potentiale, som fjernes af en messingstang (2). Fra den aktive masse, mangandioxid blandet med grafit eller sod (5), adskilles anodepastaen af ​​en separator (4), også imprægneret med elektrolyt. Den positive terminal er i modsætning til saltelementet lavet i form af en forniklet stålkop (1), og den negative terminal er i form af en stålplade (9). Skallen (6) er isoleret fra glasset og forhindrer kortslutninger, der kan opstå, når flere celler er installeret i batterirummet. Pakningen (8) opfatter trykket af gasser, der genereres under drift. Frigivelsen af ​​gasser i et alkalisk element er meget mindre end i et saltvand, så volumenet af kammeret til opsamling af dem er også mindre. For at forhindre, at batteriet eksploderer på grund af forkert brug (f.eks. kortslutning), har det en sikkerhedsmembran (7). Når gastrykket overskrides, brister membranen, og cellen aftager trykket - resultatet er normalt en elektrolytlækage.

For at øge holdbarheden af ​​tidlige celledesigns blev zinkpulver sammenlagt , men denne metode til at forlænge cellernes holdbarhed gør cellerne farlige til husholdningsbrug. Derfor introduceres specielle organiske korrosionshæmmere i moderne elementer .

Opbevaring og drift

Det alkaliske grundstofs holdbarhed er længere end saltelementets holdbarhed på grund af det hermetiske design, og det er heller ikke så krævende for opbevaringsforholdene.

I modsætning til saltceller kan alkaliske celler fungere ved en højere afladningsstrøm. Derudover er der ingen element "trætheds"-effekt, når der efter arbejde ved en tung belastning forekommer et betydeligt spændingsfald ved elementets terminaler, og en vis "hvile" tid er påkrævet for at genoprette dets ydeevne. Men hvis der er en kortslutning eller installation i forkert polaritet, er elektrolytlækage også mulig.

Ansøgninger

Den alkaliske celle har samme driftsspænding som den almindelige mangan-zink celle med højere kapacitet, afladningsstrøm, holdbarhed og driftstemperaturområde. Alkaliske celler produceres i samme størrelser som saltceller og kan derfor bruges i de samme enheder, for eksempel i lommelygter , elektronisk legetøj, bærbare båndoptagere osv. Men på grund af de bedste afladningsegenskaber kan de bruges både i enheder, der forbruger betydelig strøm ( fotoblitz , radiostyrede modeller ), og i enheder, der forbruger relativt lille strøm i lang tid (elektronisk ur ).

Sammenligning af salt- og alkalielementer

Takket være dette design har det alkaliske element følgende egenskaber:

• Intet elektrolytforbrug, hvilket betyder, at der kræves mindre elektrolyt til drift
• Anoden er pulveriseret zink, ikke et zinkglas, så reaktionen foregår på en meget større overflade.
• Mindre gasudledning, så elementet kan laves helt tæt.

Herfra kan følgende fordele og ulemper skelnes:

Fordele

• Kapacitet - 1,5-10 gange mere end saltelementer, afhængigt af driftstilstanden, med samme elementstørrelse
• Mindre selvafladning, lang holdbarhed
• Bedre ydeevne ved lave temperaturer
• Bedre ydeevne ved høje belastningsstrømme
• Mindre spændingsfald, når du aflader

Ulemper

• højere pris
• Stor masse
• Genvindingsmetoder, der kan anvendes til saltceller, er uacceptable. Der er dog specielle designs af alkaliske celler, der tillader et vist antal (normalt op til 25) genopladninger. Sådanne celler kaldes "Rechargeable Alkaline Manganese" (RAM, genopladeligt alkalisk mangan).

Noter

1. ↑ 1 2 Populær mekanik nr. 5, 2015 .
2. ↑ GOST R IEC 60086-1-2010 , Tabel 3 - Standardiserede elektrokemiske systemer.
3. ↑ Historien om batteriopfindelse og -udvikling , allaboutbatteries.com (besøgt 4. december 2011)
4. ↑ IEEE, Edison's Alkaline Battery , IEEE Global History Network (tilgået 4. december 2011)
5. ↑ Gabriel Baird, "Greater Cleveland Innovations: Thomas Edison gav Lew Urry en gnist af idé til et bedre alkalisk batteri," Cleveland Plain Dealer, 3. august 2011 ( webversion )
6. ↑ Patent US2960558 A - Dry cell
7. ↑ 1 2 3 Nadezhin, A. Goodhelper Alkaliske batterier: bunden er knækket . LampTest Blog . Habr (28. september 2022). (Russisk)
8. ↑ 1 2 3 Nadezhin, A. Et nyt problem - batterier med reduceret kapacitet ECO-Alkaline . Skrevet af Alexey Nadezhin . Livejournal (31. januar 2022). (Russisk)
9. ↑ 1 2 3 Leclanche element // Kuna - Lomami. - M .  : Soviet Encyclopedia, 1973. - ( Great Soviet Encyclopedia  : [i 30 bind]  / chefredaktør A. M. Prokhorov  ; 1969-1978, bind 14).
10. ↑ 1 2 3 Bagotsky, 1978 .

Litteratur

• Kemiske kilder til strøm / Bagotsky V. S. // Frankfurt - Chaga. - M .  : Soviet Encyclopedia, 1978. - ( Great Soviet Encyclopedia  : [i 30 bind]  / chefredaktør A. M. Prokhorov  ; 1969-1978, bind 28).
• Veresov, G.P. Strømforsyning til radio-elektronisk husholdningsudstyr. - M .  : Radio og kommunikation, 1983. - S. 85-95. — 128 s. : syg.
• Kitaev, V. V. Strømforsyning af kommunikationsenheder: undersøgelse / V. V. Kitaev, A. A. Bokunyaev, M. F. Kolkanov. - M .  : Kommunikation, 1975. - S. 225-235. — 328 s. : syg. — 24.000 eksemplarer.  — UDC  621.39:621.311.6(075.8) .
• Kostikov, V. G. Strømkilder til elektroniske midler: Kredsløb og design: En lærebog for universiteter / V. G. Kostikov, E. M. Parfenov, V. A. Shakhnov. - 2. udg. - M .  : Hotline - Telecom, 2001. - 344 s. - 3000 eksemplarer.  — ISBN 5-93517-052-3 .
• Crompton, T. Primære strømkilder = små batterier. Bind 2. Primære celler. TR Crompton. The Macmillan Press Ltd., London, Basingstock. 1982: [overs. fra  engelsk. ] / Red. cand. chem. Videnskaber Yu. A. Mazitova. — M  .: Mir, 1986. — 328 s. : syg. - BBK  31.251 . - UDC  621.355 .
• GOST 15596-82  : Kemiske strømkilder. Begreber og definitioner: (Med ændring nr. 1.) Introduktionsdato 1982-07-01.
• GOST R IEC 60086-1-2010  : Primære batterier. Del 1. Generelle krav: Introduktionsdato 2011-07-01.
• Virker længere // Populær mekanik: journal. - 2015. - Nr. 5 (151) (maj). — [På bladets hjemmeside. publ. under navngivne. Hvem opfandt det alkaliske batteri og hvornår?
• Hamade, R. Livscyklusanalyse af A.A. Alkaline Batteries  : [ eng. ]  / R. Hamade, R. Al Ayache, MB Ghanem … [ et al. ] // Procedia Manufacturing : journal. - 2020. - Bd. 43. - S. 415-422. - doi : 10.1016/j.promfg.2020.02.193 .
• Lavrus, V. Batterier og akkumulatorer  : en reference - K.  : NiT, 1995. - 42 s. - (Informationsudgaven; udgave 1).
• Bagotsky, V.S. Kemiske strømkilder. / V. S. Bagotsky, A. M. Skundin. - M .  : Energoizdat, 1981. - 360 s.

Links

• Mangan-zink batterier . powerinfo.ru . (Russisk)
• Strømforsyning batteri . Encyclopedia Around the World . (Russisk)
• Nadezhin, A. LampTest . Test af LED-lamper . (Russisk)
• Batteritestrapport TROPHY ECO Alkaline  / DNS Laboratory // DNS Club. - 2019. - 24. december.

Ordbøger og encyklopædier	Britannica (online) Britannica (online)