Источники тока с цинковым анодом. Марганцево-цинковые элементы

«+»: относительная дешевизна; удобство в эксплуатации; приемлемая сохраняемость; приемлемые электрические характеристики.

«-»: падение рабочего напряжения по отношению к напряжению разомкнутой цепи (НРЦ), что связано с природой MnO₂-катода и проявляется во всех системах, содержащих MnO₂.

Токообразующая реакция этой системы: Zn + 2MnO₂ + 2H₂O = 2MnOOH + Zn(OH)₂

Е ≈ 1.7 В, НРЦ ≈ 1.55 – 1.85 В.

Для одноэлектронного восстановления MnO₂ теоретическая удельная емкость 308 Ач/кг. Существует несколько модификаций MnO₂: , , , , , , . В элементах Zn-MnO₂ используются пиролюзит (природная руда, -MnO₂), гамма-активированный пиролюзит (ГАП, -MnO₂), электролитический диоксид марганца (ЭДМ, -MnO₂, полученный электролизом раствора MnSO₄) и химический диоксид марганца (ХДМ, -MnO₂, полученный разложением KMnO₄). Качество материала возрастает в этом ряду.

Система Zn  nh4Cl, ZnCl2  MnO2 (элемент Лекланше)

Элементы Лекланше (солевые батарейки) являются основным типом первичных ХИТ уже более 100 лет.

«+»: относительная дешевизна.

«-»: резкое снижение напряжения при разряде; резкое ухудшение параметров при отрицательной температуре и при увеличении токовой нагрузки; не выдерживают импульсных режимов разряда.

Конструкция. Конструктивно Zn-MnO₂ чаще всего выпускаются в двух вариантах: «цилиндрическом» и «дисковом».

Система Zn  koh  MnO2

Удельные характеристики  в 1.5 раза выше (80 – 125 Втч/кг и 180 – 330 Втч/л), чем солевых.

«+»: нет такого сильного падения емкости с током разряда и с температурой; сохранность заряда лучше, чем у элементов Лакланше; щелочные элементы допускают повторный заряд после неглубокого разряда (не более ¹/₄ номинальной емкости).

Система Zn  NaOh  CuO

Выпускаются уже более 100 лет. Токообразующая реакция в медно-цинковых элементах имеет вид: Zn + CuO + 2NaOH = Na₂ZnO₂ + Cu + H₂O. ЭДС = 1.058 В, НРЦ = 0.9 – 1.0 В, удельная энергия 35 – 40 Втч/л или 25 – 30 Втч/кг.

Медно-цинковые элементы выпускаются в виде элементов большой емкости (до 1000 Ач) для систем железнодорожной сигнализации, связи и т.д. Имеют баночную конструкцию: электроды погружены в большой объем щелочи.

«+»: безотказность при длительной работе; стабильность напряжения; дешевизна. Саморазряд их ничтожен и они могут работать 10 – 15 лет при температурах до –10⁰С.

Система Zn  koh  HgO

Токообразующая реакция: Zn + HgO = ZnO + Hg

«+»: 100% использование активных веществ; малогабаритность; очень высокая стабильность НРЦ; довольно высокая удельная энергия (100 – 120 Втч/кг); самая высокая среди традиционных ХИТ объемная удельная энергия (400 – 500 Втч/л); точно равное ЭДС = 1.352  0.002 В, которое почти не зависит от степени разряженности и от температуры. Поэтому эти элементы применяются также как эталоны напряжения.

«-»: высокая стоимость и токсичность ртутного сырья.

Система Zn  koh  AgO (Ag2o)

Серебряно-цинковые (СЦ) источники тока являются аккумуляторами, т.е. перезаряжаемыми. Получили распространение в основном в специальных областях: в авиации, ракетной и космической технике и др. Причина – высокая стоимость.