Mangaani-sinkkikenno , suolaakku , joka tunnetaan myös nimellä Leclanchet-kenno , on ensisijainen kemiallinen virtalähde , jossa katodi on mangaanidioksidi MnO 2 (pyrolusiitti) sekoitettuna grafiittiin (noin 9,5 %), elektrolyytti on liuos ammoniumkloridi NH 4 Cl , anodimetallisinkki Zn . _ _
Se on tunnetuin ensisijainen akku (kertakäyttöinen kemiallinen virtalähde), jota käytetään nykyään laajalti kannettavissa laitteissa. Aluksi kennot täytettiin nestemäisellä elektrolyytillä. Myöhemmin elektrolyytti alkoi paksuuntua tärkkelyspitoisten aineiden avulla - tämä mahdollisti käytännöllisempien akkujen, joita kutsutaan kuiviksi, valmistamiseksi, joissa elektrolyyttivuodon mahdollisuus on minimoitu. Toisin kuin alkalikenno , jossa KOH-emästä käytetään elektrolyyttinä, mangaani-sinkkikenno on suolakenno, koska se käyttää suolaa, ammoniumkloridia, elektrolyyttinä.
Ensimmäisen mangaani-sinkki-elementin kokosi Georges Leclanchet vuonna 1865 [1] . Vaikka elementin näyte oli parametreiltaan huonompi kuin tuolloin tunnetut Daniel Jacobi ja Bunsen Wilhelm , Leclanchet-elementit nousivat pian ensimmäiselle sijalle. Valmistuksen ja käytön yksinkertaisuus ja turvallisuus, laaja käyttölämpötila-alue ja muut edut varmistivat näiden elementtien tuotannon intensiivisen kehittämisen. Jo vuonna 1868 niitä valmistettiin yli 20 tuhatta. [2]
Kun virtaa kulutetaan, elektronit virtaavat ulkoisen sähköpiirin kautta sinkkielektrodista hiilisauvaan. Seuraavat reaktiot tapahtuvat:
Anodi: Zn → Zn 2+ + 2e −
Hiilisauvalla elektroneja käytetään H 3 O + - -ionien pelkistykseen:
Katodi: 2H 3 O + + 2e − → H 2 + 2 H 2 O
H 3 O + -ioneja muodostuu NH 4 + - elektrolyytti-ionien osittaisen protolyysin seurauksena :
NH 4 + + H 2 O ↔ H 3 O + + NH 3
Kun H 3 O + - ionit pelkistyvät, muodostuu vetyä , jota ei voida poistaa (kotelo on suljettu) ja muodostaa kaasukerroksen hiilisauvan ympärille (hiilielektrodin polarisaatio ). Tämän vuoksi virta hidastuu hitaasti. Vedyn muodostumisen välttämiseksi hiilielektrodia ympäröi kerros mangaanidioksidia (MnO 2 ). Mangaanidioksidin läsnä ollessa H 3 O + -ionit pelkistyvät muodostaen vettä:
2MnO 2 + 2H 3 O + + 2e − → 2MnO (OH) + 2H 2 O
Tällä tavalla vältetään elektrodin polarisaatio ja mangaanidioksidia kutsutaan depolarisaattoriksi.
Elektrolyytti NH 4 Cl dissosioituu ja protolysoituu osittain:
2NH 4Cl + 2H 2O ↔ 2NH3 + 2H 3O + + 2Cl -
Anodilla muodostuneet Zn 2+ -ionit tulevat liuokseen ja muodostavat niukkaliukoisen suolan :
Zn 2+ + 2NH 3 + 2Cl - → [Zn (NH 3 ) 2 ]Cl 2Kaikki kaikessa:
Anodi: Zn - 2e - → Zn 2+ Katodi: 2MnO 2 + 2H 3 O + + 2e − → 2MnO (OH) + 2H 2 O Elektrolyyttiliuos: Zn 2+ + 2NH 4 + + 2Cl − + 2H 2 O ↔ [Zn (NH 3 ) 2 ] Cl 2 + 2H 3 O +Yleinen reaktio: Zn + 2MnO 2 + 2NH 4 Cl → 2MnO (OH) + [Zn (NH 3 ) 2 ]Cl 2 Purkauksen aikana sinkkikuppi liukenee. Elektrolyytin tai reaktiotuotteiden vuotamisen välttämiseksi kupissa on paksuusmarginaali tai sitä ympäröi rautainen suojakuori.
"Kuivakennon" elektrodit ovat sinkkikuppi ja hiilisauva . Siksi kuivaa elementtiä kutsutaan myös hiili-sinkiksi. Positiivinen elektrodi "+" on hiilisauva, negatiivinen elektrodi on sinkkikuppi. Hiilisauvaa ympäröi mangaanidioksidin MnO 2 ja hiilen (noki) seos. Elektrolyytti on ammoniumkloridin NH 4 Cl liuos, johon on lisätty pieni lisäys sinkkikloridia ZnCl 2 , tärkkelyksellä ja jauhoilla sakeutettu - tämä on välttämätöntä, jotta elektrolyytti ei pääse vuotamaan tai kuivumaan elementin varastoinnin ja käytön aikana. Jos elektrolyyttiä käytetään kuitenkin väärin tai varastoidaan liian pitkään, se voi silti vuotaa tai kuivua.
Kun sinkkikuppi tyhjenee, se peittyy sinkkidiamiinikloridikerroksella, minkä ansiosta elementin sisäinen vastus kasvaa. Elementin kapasiteettia voidaan osittain palauttaa poistamalla sinkkidiamiinikloridikerros sinkkikupin pinnalta. Tämä voidaan tehdä useilla tavoilla:
Toista menetelmää kutsutaan usein virheellisesti lataamiseksi. Molemmat menetelmät sisältävät sinkkikupin vaurioitumisen ja elektrolyyttivuodon riskin. Lisäksi tämä menetelmä voi myös johtaa elementin räjähtämiseen.
Toinen yleinen syy kapasiteetin menettämiseen on elektrolyytin kuivuminen. Tämä tapahtuu yleensä, kun elementtiä käytetään pitkään laitteissa, jotka kuluttavat vähän virtaa (esimerkiksi elektroniset kellot), tai pitkän varastoinnin jälkeen. Tässä tapauksessa palautuminen on mahdollista sen jälkeen, kun akku on ruiskutettu vedellä, mutta sen jälkeen on välttämätöntä sulkea reikä tiiviisti, muuten elektrolyytti voi pian kuivua uudelleen tai alkaa vuotaa.
Toinen tunnettu toimintahäiriö on sinkkikupin korroosio (hapettuminen). Hapetuksen seurauksena lasi ohenee, ja myös (kun kosketuslevyt hapetetaan) - elementin vastuksen lisääntyminen. Korroosio voi myöhemmin levitä myös muihin akun lähellä oleviin metalliosiin. Hapettunutta alkuainetta ei voida palauttaa.
Sinkkikuppi ("-" elektrodi) on osittain auki, sen alla on elektrolyytillä kyllästetty ja bitumimastiksella täytetty paperikuppi
Sinkkikuppi poistetaan, hiilitanko ("+"-elektrodi), joka on painettu "+"-koskettimen kanteen, puretaan
Paperikupin sisällä on puristettu mangaani-grafiittijauhe, jossa on kanava "+"-elektrodille
Kaikilla ensiövirtalähteillä, lukuun ottamatta hopea-sinkkiä, on suuri sisäinen resistanssi - kymmeniä ohmeja, mikä ei salli niiden purkamista suurilla virroilla, koska sisäisen resistanssin yli on liiallinen jännitehäviö. Tämä on otettava huomioon käytettäessä niitä virtalähteinä.
Suolaakut ovat tehokkaimpia laitteissa, joissa on keski- ja pieni virrankulutus, esimerkiksi kaukosäätimissä ja kelloissa hitaamman itsepurkautumisen vuoksi. suolaparisto (verrattuna alkaliparistoihin).