Alkalinen alkuaine

Alkaliparisto , alkaliparisto , eng.  alkaliparisto - galvaaninen  mangaani - sinkkiakku alkalielektrolyytillä . Keksijä Lewis Urry [ 1 ] .  _

Elektrolyytin lisäksi suurin ero alkalipariston ja suolapariston välillä  on jauheen muodossa oleva anodi (negatiivinen elektrodi), joka lisää tämän pariston antamaa virtaa [1] .

Tavallisissa alkaliparistoissa anodi on sinkki ja katodimateriaali voi olla mangaanidioksidia , hopeaoksidia , happea tai nikkelimetahydroksidia [2] .

Keksintöhistoria

kemiallisissa virtalähteissä ehdottivat itsenäisesti Waldemar Jungner 1899 ja Thomas Edison vuonna 1901 [3] [4] . He käyttivät alkalista elektrolyyttiä nikkelikadmiumparistoissa .

Kanadalainen insinööri Lewis Urry käytti alkalista elektrolyyttiä ensimmäisen kerran mangaani- sinkkiakuissa.1950-luvun puolivälissä työskennellyt Union Carbide -yhtiössä , joka valmisti akkuja "Eveready"-tuotemerkillä. Lewis Urry käytti Thomas Edisonin työtä [5] . Vuonna 1960 Urry sai yhdessä Carl Kordeschin ja Paul Marshalin kanssa patentin alkalisen alkuaineen suunnitteluun [6] .

Luokitus

Alkalikennoja on saatavana kahdessa pääversiossa [7] [8] :

• alkaliparisto ( eng.  Alcaline ), tällaisten AA-kennojen massa on 22-24 g , kapasiteetti 2-3 Wh ja AAA-kennojen massa ja kapasiteetti 11-12 g ja 0,9-1,3 A h [7] , tällaisten samankokoisten elementtien kapasiteetti eroaa enintään kolmanneksen [8] ;
• taloudellinen alkaliparisto ( englanniksi  ECO Alcaline ), jossa on vähemmän kemikaaleja ja noin 2-3 kertaa pienempi kapasiteetti kuin perinteiset samankokoiset, AA-kokoiset ECO Alcaline -paristot painavat noin 18 g [8] .

Ominaisuudet

Alkalipariston tyypilliset ominaisuudet:

• avoimen piirin jännite: 1,58–1,64 V [7] .
• alkujännite: 1,4–1,64 V [9] ;
• päätejännite : 0,7–0,9 V [9] ;
• ominaisenergia: 60–90 Wh/kg [10] [9] ;
• ominaisteho (noin): 5 W/kg [10] ;
• käyttölämpötila: -30…+55 °С ;
• säilyvyys: 1–3 vuotta [10]

Kemialliset prosessit

Sinkin hapettumisreaktiot tapahtuvat alkalipariston anodilla. Sinkkihydroksidi muodostuu ensin :

Zn + 2OH − → Zn(OH) 2 + 2e −

Sinkkihydroksidi hajoaa sitten sinkkioksidiksi ja vedeksi.

Zn(OH) 2 → ZnO + H2O

Katodilla puolestaan ​​tapahtuu mangaani(IV) oksidin pelkistysreaktioita mangaani(III)oksidiksi :

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

Yleensä kennon sisällä tapahtuvat kemialliset prosessit, kun KOH:ta käytetään elektrolyyttinä, voidaan kuvata seuraavalla yhtälöllä:

Zn + 2KOH + 2MnO 2 + 2e − → 2e − + ZnO + 2KOH + Mn2O3

Toisin kuin suolakenno, alkalista elektrolyyttiä ei käytännössä kuluteta akun purkamisen aikana, mikä tarkoittaa, että sen pieni määrä riittää. Siksi alkalisessa alkuaineessa keskimäärin 1,5 kertaa enemmän mangaanidioksidia.

Rakentaminen

Alkalielementti on rakenteeltaan samanlainen kuin suola , mutta sen pääosat on järjestetty päinvastaisessa järjestyksessä. Sakeutetulla emäksisellä elektrolyytillä kyllästetyn sinkkijauheen muodossa oleva anodipasta (3) sijaitsee kennon sisäosassa ja sillä on negatiivinen potentiaali, joka poistetaan messinkitankolla (2). Aktiivimassasta, mangaanidioksidista, johon on sekoitettu grafiittia tai nokea (5), anoditahna erotetaan erottimella (4), joka on myös kyllästetty elektrolyytillä. Positiivinen napa, toisin kuin suolaelementti, on tehty nikkelipinnoitetun teräskupin (1) muotoiseksi ja negatiivinen napa teräslevyn (9) muotoiseksi. Kuori (6) on eristetty lasista ja estää oikosulkuja, joita voi syntyä, kun paristolokeroon on asennettu useita kennoja. Tiiviste (8) havaitsee käytön aikana syntyvien kaasujen paineen. Kaasujen vapautuminen alkalisessa elementissä on paljon pienempi kuin suolaliuoksessa, joten niiden keräämiseen tarkoitetun kammion tilavuus on myös pienempi. Jotta akku ei räjähtäisi väärinkäytön (esim. oikosulun) vuoksi, siinä on turvakalvo (7). Kaasunpaineen ylittäessä kalvo repeytyy ja kennon paine laskee - seurauksena on yleensä elektrolyyttivuoto.

Varhaisten solumallien säilyvyyden pidentämiseksi sinkkijauhe yhdistettiin , mutta tämä solujen säilyvyyden pidentämismenetelmä tekee soluista vaarallisia kotikäyttöön. Siksi nykyaikaisiin elementteihin lisätään erityisiä orgaanisia korroosionestoaineita .

Varastointi ja käyttö

Alkalielementin säilyvyys on pidempi kuin suolaelementin hermeettisen rakenteen vuoksi, eikä se myöskään ole niin vaativa säilytysolosuhteille.

Toisin kuin suolakennot, alkalikennot voivat toimia suuremmalla purkausvirralla. Lisäksi ei ole elementin "väsymis"-ilmiötä, kun raskaalla kuormituksella työskentelyn jälkeen elementin liittimissä tapahtuu merkittävä jännitehäviö, ja sen suorituskyvyn palauttamiseksi tarvitaan tietty "lepoaika". Jos kuitenkin tapahtuu oikosulku tai väärä napaisuus, myös elektrolyyttivuoto on mahdollista.

Sovellukset

Alkalikennolla on sama käyttöjännite kuin tavallisessa mangaani-sinkkikennossa , korkeampi kapasiteetti, purkausvirta, säilyvyys ja käyttölämpötila-alue. Alkalikennoja valmistetaan samankokoisina kuin suolakennoja, ja siksi niitä voidaan käyttää samoissa laitteissa, esimerkiksi taskulampuissa , elektronisissa leluissa, kannettavissa nauhureissa jne. Parhaiden purkausominaisuuksien ansiosta niitä voidaan kuitenkin käyttää sekä laitteissa, jotka kuluttavat paljon virtaa ( valosalama , radio-ohjatut mallit ), että laitteissa, jotka kuluttavat suhteellisen vähän virtaa pitkään (elektroninen kello ).

Suola- ja alkali-alkuaineiden vertailu

Tämän rakenteen ansiosta alkalisella elementillä on seuraavat ominaisuudet:

• Ei elektrolyytin kulutusta, mikä tarkoittaa vähemmän elektrolyyttiä käyttöä varten
• Anodi on jauhettua sinkkiä, ei sinkkilasia, joten reaktio tapahtuu paljon suuremmalla pinnalla.
• Vähemmän kaasupäästöjä, jotta elementti voidaan tehdä täysin tiiviiksi.

Tästä voidaan erottaa seuraavat edut ja haitat:

Edut

• Kapasiteetti - 1,5-10 kertaa enemmän kuin suolaelementeillä, käyttötavasta riippuen, samalla elementin koolla
• Vähemmän itsepurkautumista, pitkä säilyvyysaika
• Parempi suorituskyky matalissa lämpötiloissa
• Parempi suorituskyky suurilla kuormitusvirroilla
• Vähemmän jännitehäviötä purkaessasi

Haitat

• korkeampi hinta
• Suuri massa
• Suolasoluihin sovellettavia talteenottomenetelmiä ei voida hyväksyä. On kuitenkin olemassa erityisiä alkalikennoja, jotka mahdollistavat tietyn määrän (yleensä jopa 25) latausta. Tällaisia ​​kennoja kutsutaan "Rechargeable Alkaline Manganese" (RAM, ladattava alkalinen mangaani).

Muistiinpanot

1. ↑ 1 2 Popular Mechanics nro 5, 2015 .
2. ↑ GOST R IEC 60086-1-2010 , Taulukko 3 - Standardoidut sähkökemialliset järjestelmät.
3. ↑ Akun keksintöjen ja kehittämisen historia , allaboutbatteries.com (käytetty 4. joulukuuta 2011)
4. ↑ IEEE, Edison's Alkaline Battery , IEEE Global History Network (käytetty 4. joulukuuta 2011)
5. ↑ Gabriel Baird, "Greater Cleveland Innovations: Thomas Edison tarjosi Lew Urrylle idean paremmasta alkaliparistosta", Cleveland Plain Dealer, 3. elokuuta 2011 ( verkkoversio )
6. ↑ Patentti US2960558 A - Kuivakenno
7. ↑ 1 2 3 Nadezhin, A. Goodhelper Alkaliparistot: pohja rikki . LampTest -blogi . Habr (28. syyskuuta 2022). (Venäjän kieli)
8. ↑ 1 2 3 Nadezhin, A. Uusi ongelma-akut, joiden teho on alennettu ECO-alkali . Kirjailija Aleksei Nadezhin . Livejournal (31. tammikuuta 2022). (Venäjän kieli)
9. ↑ 1 2 3 Leclanche elementti // Kuna - Lomami. - M .  : Neuvostoliiton tietosanakirja, 1973. - ( Great Soviet Encyclopedia  : [30 osassa]  / päätoimittaja A. M. Prokhorov  ; 1969-1978, osa 14).
10. ↑ 1 2 3 Bagotsky, 1978 .

Kirjallisuus

• Virran kemialliset lähteet / Bagotsky V. S. // Frankfurt - Chaga. - M .  : Soviet Encyclopedia, 1978. - ( Great Soviet Encyclopedia  : [30 osassa]  / päätoimittaja A. M. Prokhorov  ; 1969-1978, osa 28).
• Veresov, G.P. Kotitalouksien radioelektronisten laitteiden virtalähde. - M .  : Radio ja viestintä, 1983. - S. 85-95. — 128 s. : sairas.
• Kitaev, V. V. Viestintälaitteiden virtalähde: tutkimus / V. V. Kitaev, A. A. Bokunyaev, M. F. Kolkanov. - M .  : Tiedonanto, 1975. - S. 225-235. — 328 s. : sairas. - 24 000 kappaletta.  — UDC  621.39:621.311.6(075.8) .
• Kostikov, V. G. Sähköisten välineiden virtalähteet: Piirit ja suunnittelu: Oppikirja yliopistoille / V. G. Kostikov, E. M. Parfenov, V. A. Shakhnov. - 2. painos - M .  : Hot line - Telecom, 2001. - 344 s. - 3000 kappaletta.  — ISBN 5-93517-052-3 .
• Crompton, T. Ensisijaiset virtalähteet = pienet akut. Volume 2. Primary Cells. TR Crompton. Macmillan Press Ltd., Lontoo, Basingstock. 1982: [käänn. englannista  . ] / Toim. cand. chem. Tieteet Yu. A. Mazitova. - M  .: Mir, 1986. - 328 s. : sairas. - 31,251 BBK  . - UDC 621.355 . 
• GOST 15596-82  : Kemialliset virtalähteet. Termit ja määritelmät: (Muutos nro 1.) Käyttöönottopäivä 1982-07-01.
• GOST R IEC 60086-1-2010  : Ensisijaiset akut. Osa 1. Yleiset vaatimukset: Käyttöönottopäivä 2011-07-01.
• Toimii pidempään // Suosittu mekaniikka: päiväkirja. - 2015. - nro 5 (151) (toukokuu). — [Lehden verkkosivuilla. publ. alle nimetty. Kuka keksi alkalipariston ja milloin?
• Hamade, R. A.A.:n alkaliparistojen elinkaarianalyysi  : [ eng. ]  / R. Hamade, R. Al Ayache, MB Ghanem … [ et al. ] // Procedia Manufacturing : Journal. - 2020. - Vol. 43. - s. 415-422. - doi : 10.1016/j.promfg.2020.02.193 .
• Lavrus, V. Paristot ja akut  : viite - K  .: NiT, 1995. - 42 s. - (Information Edition; numero 1).
• Bagotsky, V.S. Kemialliset virtalähteet. / V. S. Bagotsky, A. M. Skundin. - M .  : Energoizdat, 1981. - 360 s.

Linkit

• Mangaani-sinkki paristot . powerinfo.ru . (Venäjän kieli)
• Virtalähteen akku . Encyclopedia Around the World . (Venäjän kieli)
• Nadezhin, A. LampTest . LED-lamppujen testaus . (Venäjän kieli)
• Akun testiraportti TROPHY ECO Alkaline  / DNS Laboratory // DNS Club. - 2019 - 24. joulukuuta.

Sanakirjat ja tietosanakirjat	Britannica (verkossa) Britannica (verkossa)