Воздушно-цинковый элемент

Перейти к навигацииПерейти к поиску
Воздушно-цинковый элемент
Воздушно-цинковые элементы с цветовым кодированием
Воздушно-цинковые элементы с цветовым кодированием
Удельная энергоёмкость 1350 Вт·ч/кг
Удельная энергоплотность более 450 Вт·ч/дм³
Удельная мощность 5000 Вт/кг
Саморазряд большой
Электродвижущая сила 1,65 В
Рабочая температура -20…+35 °С
Логотип Викисклада Медиафайлы на Викискладе

Воздушно-цинковый элемент — гальванический элемент, в котором в качестве анода используется — газовый (воздушный электрод), электролит — водный раствор гидроксида калия (либо растворы хлорида цинка), катод — цинк. Отличается весьма высокой удельной энергоёмкостью (выше чем у литий-ионных аккумуляторов[1]). Широкому распространению препятствует короткий срок эксплуатации, связанный с высыханием электролита, однако ведутся работы по устранению этого недостатка.

История изобретения

Параметры

  • Теоретическая энергоёмкость: 1350 Вт·ч/кг[2]
  • Удельная энергоёмкость: более 450 Вт·ч/кг[3][4]
  • Удельная энергоплотность(Вт·ч/дм³):
  • Максимальная мощность: 5000 Вт/кг[5]
  • ЭДС: 1.4-1.45 В[5]
  • Рабочая температура: — 20…+35 °C.
диаметр,
мм 		высота,
мм 		МЭК-код RenataVartaRayovacPanasonic
11,6 5,4 PR44 ZA675 V675A DA675 PR675
7,9 5,4 PR48 ZA13 V13A DA13 PR13
7,9 3,6 PR41 ZA312 V312A DA312 PR312
5,9 3,6 PR70 ZA10 V10 DA230 PR230

Химические процессы

На катоде происходит реакция электровосстановления кислорода, продуктами которой являются отрицательно заряженные гидроксид-ионы:

O2 + 2H2O + 4e → 4OH-.

Гидроксид-ионы движутся в электролите к цинковому аноду, где происходит реакция окисления цинка с высвобождением электронов, которые через внешнюю цепь возвращаются на катод:

Zn + 4OH- → Zn(OH)22- + 2e.

Zn(OH)22- → ZnO + 2OH- + H2O.

Конструкция

Схема поперечного сечения воздушно-цинкового элемента: A — сепаратор, B — анод (цинковый порошок), C — защитный кожух анода, D — изолятор, E — защитный кожух катода, F — отверстие для воздуха, G — катодный катализатор и коллектор тока, H — слой распределения воздуха, I — полупроницаемая мембрана

Конструкция ячейки воздушно-цинкового элемента включает катод и анод, разделённые щелочным электролитом и механическими сепараторами. В качестве катода используется газодиффузный электрод (gas diffusion electrode, GDE), водопроницаемая мембрана которого позволяет получать кислород из циркулирующего через неё атмосферного воздуха. «Топливом» является цинковый анод, окисляющийся в процессе работы элемента, а окислителем — кислород, получаемый из поступающего через «дыхательные отверстия» атмосферного воздуха.

Хранение и эксплуатация

Одна из особенностей воздушно-цинкового элемента — относительно большой саморазряд. Однако воздушно-цинковый элемент не разряжается, пока катод не наполнится воздухом. Поэтому при хранении вентиляционное отверстие элементов закрывается герметизирующей наклейкой. На полную мощность элемент выходит приблизительно через минуту после удаления наклейки.

Области применения

Малогабаритные дисковые элементы применяется для питания слуховых аппаратов.

Навигационный буй латеральной системы. Красный фонарь на вершине буя получает питание от батареи воздушно-цинковых элементов «Бакен-ВЦ», размещенной в сухом отсеке внутри буя

На внутренних водных путях СССР и постсоветских стран для питания светосигнальных фонарей навигационных знаков используются батареи воздушно-цинковых элементов семейства «Бакен-ВЦ» емкостью 350—600 А*ч. Для активации батареи нужно сорвать бумажные заглушки с трубок сообщения с атмосферой. Емкости батареи обычно хватает для питания фонаря мощностью около 1 Вт в течение всей навигации.

Ссылки

Литература

Примечания

  1. ↑ Впервые созданы перезаряжаемые воздушно-цинковые батареи Архивная копия от 29 декабря 2010 на Wayback Machine Мембрана.ру
  2. ↑ Batteries for Oxygen Concentrators. Дата обращения: 29 октября 2010. Архивировано 24 октября 2010 года.
  3. ↑ Ultimate specific energy for batteries. Дата обращения: 29 октября 2010. Архивировано из оригинала 11 августа 2010 года.
  4. ↑ Metal Air Batteries, Half a Fuel Cell? Архивная копия от 27 декабря 2010 на Wayback Machine
  5. ↑ 1 2 Воздушно-цинковые элементы: от батарей к аккумуляторам Архивная копия от 25 марта 2014 на Wayback Machine журнал КомпьютерПресс