Lúgos elem

Alkáli elem , alkáli elem , eng.  alkáli elem  - mangán-cink galván akkumulátor alkáli elektrolittal . Lewis Urry találta fel [ 1 ] . 

 Az elektrolit mellett az alkáli elem és a sóelem között a fő különbség a por alakú anód (negatív elektróda), amely megnöveli az akkumulátor által leadott áramot [1] .

A szabványos alkáli elemeknél az anód cink, a katód anyaga lehet mangán-dioxid , ezüst -oxid , oxigén vagy nikkel-metahidroxid [2] .

Találmánytörténet

Először Waldemar Jungner javasolta egymástól függetlenül lúgos elektrolit kémiai áramforrásokban 1899-ben és Thomas Edison 1901-ben [3] [4] . A nikkel-kadmium akkumulátorokban alkáli elektrolitot használtak .

Az alkáli elektrolitot először Lewis Urry kanadai mérnök használta mangán-cink akkumulátorokban.az 1950-es évek közepén a Union Carbide cégnél dolgozott , amely "Eveready" márkanév alatt gyártott akkumulátorokat. Lewis Urry Thomas Edison [5] munkáját használta fel . 1960-ban Urry Carl Kordesch-lel és Paul Marshallal együtt szabadalmat kapott egy alkáli elem tervezésére [6] .

Osztályozás

Az alkáli cellák két fő változatban kaphatók [7] [8] :

• alkáli elem ( eng.  Alcaline ), az ilyen AA cellák tömege 22-24 g , kapacitása 2-3 Wh , az AAA cellák tömege és kapacitása 11-12 g és 0,9-1,3 A h [7] , az ilyen azonos méretű elemek kapacitása legfeljebb harmadával tér el [8] ;
• gazdaságos alkáli elem ( angolul  ECO Alcaline ) csökkentett mennyiségű vegyszerrel és körülbelül kétszer-háromszor kisebb kapacitással, mint a hagyományos, azonos méretű, AA méretű ECO Alcaline elemek körülbelül 18 g tömegű [8] .

Jellemzők

Az alkáli elem jellemző tulajdonságai:

• szakadási feszültség: 1,58–1,64 V [7] .
• kezdeti feszültség: 1,4–1,64 V [9] ;
• végfeszültség: 0,7–0,9 V [9] ;
• fajlagos energia: 60–90 Wh/kg [10] [9] ;
• fajlagos teljesítmény (körülbelül): 5 W/kg [10] ;
• üzemi hőmérséklet: -30…+55 °С ;
• eltarthatóság: 1-3 év [10]

Kémiai eljárások

A cink oxidációs reakciói egy alkáli elem anódján játszódnak le. Először a cink-hidroxid keletkezik :

Zn + 2OH − → Zn(OH) 2 + 2e −

A cink-hidroxid ezután cink-oxiddá és vízzé bomlik .

Zn(OH) 2 → ZnO + H 2 O

A katódon viszont a mangán (IV) -oxid redukciós reakciói mangán (III)-oxiddá mennek végbe :

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

Általában a cellában zajló kémiai folyamatok, amikor KOH-t használunk elektrolitként, a következő egyenlettel írhatók le:

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

A sócellától eltérően a lúgos elektrolit gyakorlatilag nem fogy el az akkumulátor lemerülése során, ami azt jelenti, hogy kis mennyisége elegendő. Ezért egy lúgos elemben átlagosan 1,5-szer több mangán-dioxid.

Építkezés

A lúgos elem kialakítása hasonló a sóhoz , de a benne lévő fő részek fordított sorrendben vannak elrendezve. A sűrített lúgos elektrolittal impregnált cinkpor formájú anódpaszta (3) a cella belső részében helyezkedik el és negatív potenciállal rendelkezik, amelyet sárgaréz (2) távolít el. Az aktív masszától, a grafittal vagy kormmal kevert mangán-dioxidtól (5), az anódpasztát szintén elektrolittal impregnált szeparátor (4) választja el. A pozitív pólus a sóelemmel ellentétben nikkelezett acélpohár (1), a negatív pólus pedig acéllemez (9) formájú. A héj (6) szigetelt az üvegtől, és megakadályozza a rövidzárlatokat, amelyek akkor fordulhatnak elő, ha több cella van az elemtartóban. A tömítés (8) érzékeli a működés közben keletkező gázok nyomását. A lúgos elemben sokkal kisebb a gázok felszabadulása, mint a sóoldatban, így a gyűjtőkamra térfogata is kisebb. A helytelen használat (pl. rövidzárlat) miatti felrobbanás elkerülésére biztonsági membránnal (7) van ellátva. A gáznyomás túllépése esetén a membrán megreped, és a cella nyomása csökken – az eredmény általában elektrolitszivárgás.

A korai sejttervek eltarthatóságának növelése érdekében a cinkport egyesítették , de ez a sejtek eltarthatósági idejét meghosszabbító módszer veszélyessé teszi a sejteket háztartási használatra. Ezért speciális szerves korróziógátló anyagokat vezetnek be a modern elemekbe .

Tárolás és üzemeltetés

A lúgos elem eltarthatósága hosszabb, mint a sóé, a hermetikus kialakítás miatt, és a tárolási körülményeket sem igényli.

A sócellákkal ellentétben a lúgos cellák nagyobb kisülési árammal működhetnek. Ezen túlmenően nincs elem „fáradási” effektus, amikor nagy terhelésen végzett munka után jelentős feszültségesés következik be az elem kivezetésein, és bizonyos „pihenési” időre van szükség a teljesítmény helyreállításához. Mindazonáltal, ha rövidzárlat vagy rossz polaritású telepítés van, elektrolit szivárgás is lehetséges.

Alkalmazások

A lúgos cella működési feszültsége megegyezik a hagyományos mangán-cink cellával , nagyobb kapacitással, kisülési árammal, eltarthatósággal és üzemi hőmérséklet-tartományban. Az alkáli elemeket ugyanolyan méretben állítják elő, mint a sócellákat, ezért ugyanazokban az eszközökben használhatók, például zseblámpákban , elektronikus játékokban, hordozható magnókban stb. A legjobb kisülési jellemzők miatt azonban használhatók mind a jelentős áramot fogyasztó eszközökben ( fotovaku , rádióvezérlésű modellek ), mind a viszonylag kis áramot hosszú ideig fogyasztó eszközökben (elektronikus óra ).

Só és alkáli elemek összehasonlítása

Ennek a kialakításnak köszönhetően az alkáli elem a következő tulajdonságokkal rendelkezik:

• Nincs elektrolitfogyasztás, ami azt jelenti, hogy kevesebb elektrolitra van szükség a működéshez
• Az anód porcink, nem cinküveg, így sokkal nagyobb felületen megy végbe a reakció.
• Kevesebb gázkibocsátás, így az elem teljesen tömítetté tehető.

Innen a következő előnyök és hátrányok különböztethetők meg:

Előnyök

• Kapacitás - 1,5-10-szer nagyobb, mint a sóelemek, működési módtól függően, azonos elemmérettel
• Kevesebb önkisülés, hosszú eltarthatóság
• Jobb teljesítmény alacsony hőmérsékleten
• Jobb teljesítmény nagy terhelési áramoknál
• Kisütéskor kisebb a feszültségesés

Hátrányok

• magasabb ár
• Nagy tömeg
• A sósejtekre alkalmazható helyreállítási módszerek elfogadhatatlanok. Léteznek azonban speciális lúgos cellák, amelyek bizonyos számú (általában legfeljebb 25) újratöltést tesznek lehetővé. Az ilyen cellákat "Újratölthető alkáli mangánnak" (RAM, újratölthető alkáli mangán) nevezik.

Jegyzetek

1. ↑ 1 2 Popular Mechanics 5. szám, 2015 .
2. ↑ GOST R IEC 60086-1-2010 , 3. táblázat – Szabványos elektrokémiai rendszerek.
3. ↑ Az akkumulátor feltalálásának és fejlesztésének története , allaboutbatteries.com (Hozzáférés: 2011. december 4.)
4. ↑ IEEE, Edison's Alkaline Battery , IEEE Global History Network (Hozzáférés: 2011. december 4.)
5. ↑ Gabriel Baird, "Nagyobb clevelandi innovációk: Thomas Edison Lew Urry-nek adott szikrát egy jobb alkáli elemhez", Cleveland Plain Dealer, 2011. augusztus 3. ( webes verzió )
6. ↑ US2960558 A szabadalom – Szárazcella
7. ↑ 1 2 3 Nadezhin, A. Goodhelper Alkáli elemek: az alja törött . LampTest Blog . Habr (2022. szeptember 28.). (Orosz)
8. ↑ 1 2 3 Nadezhin, A. Egy új hiba - csökkentett kapacitású ECO-Alkaline akkumulátorok . Írta: Alexey Nadezhin . Livejournal (2022. január 31.). (Orosz)
9. ↑ 1 2 3 Leclanche elem // Kuna - Lomami. - M .  : Szovjet Enciklopédia, 1973. - ( Great Soviet Encyclopedia  : [30 kötetben]  / főszerkesztő A. M. Prohorov  ; 1969-1978, 14. köt.).
10. ↑ 1 2 3 Bagotsky, 1978 .

Irodalom

• Az áram kémiai forrásai / Bagotsky V. S. // Frankfurt - Chaga. - M .  : Szovjet Enciklopédia, 1978. - ( Great Soviet Encyclopedia  : [30 kötetben]  / főszerkesztő A. M. Prohorov  ; 1969-1978, 28. köt.).
• Veresov, G. P. Háztartási rádióelektronikai berendezések tápellátása. - M .  : Rádió és hírközlés, 1983. - S. 85-95. — 128 p. : ill.
• Kitaev, V. V. Kommunikációs eszközök tápellátása: tanulmány / V. V. Kitaev, A. A. Bokunyaev, M. F. Kolkanov. - M .  : Közlemény, 1975. - S. 225-235. — 328 p. : ill. — 24.000 példány.  — UDC  621.39:621.311.6(075.8) .
• Kostikov, V. G. Elektromos eszközök áramforrásai: Áramkör és tervezés: Tankönyv egyetemeknek / V. G. Kostikov, E. M. Parfenov, V. A. Shakhnov. - 2. kiadás - M .  : Forró vonal - Telecom, 2001. - 344 p. - 3000 példányban.  — ISBN 5-93517-052-3 .
• Crompton, T. Elsődleges áramforrások = Small Batteries. 2. kötet. Primer Cells. TR Crompton. A Macmillan Press Ltd., London, Basingstock. 1982: [ford. angolból  . ] / Szerk. folypát. chem. Tudományok Yu. A. Mazitova. — M  .: Mir, 1986. — 328 p. : ill. - 31.251 BBK  . - UDC 621.355 . 
• GOST 15596-82  : Kémiai áramforrások. Fogalommeghatározások: (1. sz. módosítással.) Bevezetés dátuma 1982-07-01.
• GOST R IEC 60086-1-2010  : Elsődleges akkumulátorok. 1. rész Általános követelmények: Bevezetés dátuma 2011-07-01.
• Hosszabb ideig működik // Népszerű mechanika: folyóirat. - 2015. - 5. szám (151) (május). — [A folyóirat honlapján. publ. alatt megnevezett. Ki és mikor találta fel az alkáli elemet?
• Hamade, R. A.A. alkáli elemek életciklus-elemzése  : [ eng. ]  / R. Hamade, R. Al Ayache, MB Ghanem … [ et al. ] // Procedia Manufacturing : folyóirat. - 2020. - Kt. 43. - P. 415-422. - doi : 10.1016/j.promfg.2020.02.193 .
• Lavrus, V. Elemek és akkumulátorok  : referencia - K  .: NiT, 1995. - 42 p. - (Információs kiadás; 1. szám).
• Bagotsky, V.S. Vegyi áramforrások. / V. S. Bagotsky, A. M. Skundin. - M .  : Energoizdat, 1981. - 360 p.

Linkek

• Mangán-cink elemek . powerinfo.ru . (Orosz)
• Tápegység akkumulátor . Enciklopédia a világ körül . (Orosz)
• Nadezhin, A. LampTest . LED lámpák tesztelése . (Orosz)
• Akkumulátor tesztjelentés TROPHY ECO Alkaline  / DNS Laboratory // DNS Club. - 2019. - december 24.

Szótárak és enciklopédiák	Britannica (online) Britannica (online)