Мангано-цинков елемент

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към навигацията Направо към търсенето
Мангано-цинкови елементи, различни размери

Мангано-цинковият елемент (или цинково-въглеродна батерия), също известен като елемент на Лекланше, е първичен химичен източник на ток, в който катодът е манганов диоксид (MnO2, пиролузит) в смес с графит (около 9,5%), електролитът е разтвор на амониев хлорид (NH4Cl), а анодът е от метален цинк (Zn).

Това е най-известният първичен захранващ елемент (химичен източник на ток за еднократно използване), който днес широко се използва в преносими устройства. В началото тези елементи са се запълвали с течен електролит. По-късно електролитът е сгъстяван с нишестени вещества – това позволило захранващите елементи да станат по-практични, наричат ги сухи, в които възможността електролитът да изтече е сведена до минимум. За разлика от алкалния елемент, в който като електролит се използва основата KOH, мангано-цинковият елемент е со̀лен, тъй като в него като електролит се използва сол – амониев хлорид.

История[редактиране | редактиране на кода]

Първият мангано-цинков елемент е направен от Жорж Лекланше през 1865 г.[1].

Характеристики[редактиране | редактиране на кода]

  • Теоретична енергоемкост:
    • Специфична енергоемкост: 67 – 99 W∙h/kg
    • Специфична енергоплътност: 122 – 263 W∙h/dm³.
  • ЕДС: 1,51 V.
  • Работна температура: от −40 до +55 °C.

Принцип на действие[редактиране | редактиране на кода]

При черпене на ток електроните постъпват през външната електрическа верига от цинковия електрод на въгленовата (графитна) пръчка. Настъпват следните реакции:

Анод: Zn → Zn 2+ + 2e

На въгленовата пръчка електроните служат за възстановяване на H3O+-йоните:

Катод: 2H3O+ + 2e → H2 + 2H2O

Йоните H3O+ се образуват в резултат на частична протолиза на NH4+-йоните на електролита:

NH4+ + H2O ↔ H3O+ + NH3

При възстановяване на H3O+-йоните се образува водород, който не може да се отдели (корпусът е херметичен) и образува около графитната пръчка прослойка от газ (електрохимична поляризация на въгленовия електрод). Токът бавно спира. За да се избегне образуването на водород, графитният електрод се обгръща със слой манганов диоксид (MnO2). В присъствието на манганов диоксид H3O+-йоните се възстановяват с образуване на вода:

2MnO2 + 2H3O+ + 2e → 2MnO (OH) + 2H2O

По този начин се избягва поляризацията на електрода, а мангановият диоксид се нарича деполяризатор.

Електролитът NH4Cl се дисоциира и частично се протолизира. Най-общо:

2NH4Cl + 2H2O ↔ 2NH3 + 2H3O+ + 2Cl

Образуващите се на анода йони Zn2+ постъпват в разтвора и образуват трудноразтворима сол:

Zn2+ + 2NH3 + 2Cl → [Zn (NH3)2]Cl2

Общо:

Анод: Zn – 2e → Zn2+ Катод: 2MnO2 + 2H3O+ + 2e → 2MnO (OH) + 2H2O Раствор електролита: Zn2+ + 2NH4+ + 2Cl + 2H2O ↔ [Zn (NH3)2]Cl2 + 2H3O+

Обща реакция: Zn + 2MnO2 + 2NH4Cl → 2MnO (OH) + [Zn (NH3)2]Cl2 По време на разреждането цинковата чашка (цинковият цилиндър) постепенно се разтваря. За да се избегне изтичане на електролита или на продуктите от реакцията цинковата чашка има запас по дебелина или е обхваната от желязна защитна обвивка.

Устройство[редактиране | редактиране на кода]

Мангано-цинков елемент.
(1) – метално калпаче,
(2) – графитен електрод („+“),
(3) – цинкова чаша („—“),
(4) – манганов диоксид,
(5) – електролит,
(6) – метален контакт

За електроди в „сухия елемент“ служат цинковата чашка и графитната пръчка. Затова сухият елемент се нарича още въглено-цинков елемент. Положителен електрод е въгленовата пръчка, отрицателен – цинковият цилиндър. Въгленовата пръчка е обкръжена от смес на манганов диоксид (MnO2) и въглен (сажди). Като електролит служи разтвор на амониев хлорид (NH4Cl) с малка добавк на цинков хлорид (ZnCl2), сгъстен с нишесте и брашно, за да не може електролитът да изтече или изсъхне при съхранение и експлоатация на елемента.

Окислила се цинкова чашка (горната декоративно-защитна тенекиена обвивка разтворена, полимерната защитна обвивка под нея е цяла)

Области на използване[редактиране | редактиране на кода]

Всички първични източници на ток, с изключение на сребърно-цинковия, имат голямо вътрешно съпротивление – десетки ома, като по тази причина не допускат разряд с токове с голяма сила вследствие големия пад на напрежението върху вътрешното съпротивление. То да се има предвид при използването им като силови източници на ток.

Най-ефективна област на използване на мангано-цинковите батерии са уредите със средно и ниско енергопотребление, например фенерчета, челници, пултове за дистанционно управление и часовници.

Източници[редактиране | редактиране на кода]

  1. „Лекланше элемент“ – статия в БСЭ

Литература[редактиране | редактиране на кода]

Външни препратки[редактиране | редактиране на кода]