Алкалиновые батарейки

Алкалиновые батарейки (щелочные батарейки) берут свое начало с середины 20-го века.

В те далекие времена компания из США – Duracell – оказалась одной из первых, кто поставил производство новых источников тока на промышленный поток.

В алкалиновых батарейках в качестве рабочих составляющих используется:

  • диоксид марганца (окислитель);
  • порошковый цинк (восстановитель).

Что дает возможность снизить вероятность пассивации поверхности восстановителя при высоких разрядных токах за счет развития поверхности.

Ранее в алкалиновые батарейки для амальгамирования и замедления коррозии также добавлялась ртуть, которая в наши дни уже не используется.

Теперь функции и задачи ртути выполняют чистые цинковые порошки, легированные особыми металлами, или ингибиторы коррозии на основе органики.

Составляющие алкалиновых батареек

Активным компонентом Alkaline (щелочной) батарейки выступает чистый цинк в виде порошка.

Чтобы замедлить процессы коррозии, цинк высокой степени чистоты легируется свинцовыми, висмутовыми, алюминиевыми, индиевыми добавками.

Чем выше процентное содержание железа в цинке, тем скорее протекает коррозия, поэтому, доля железа снижается к минимально возможной отметке.

Порошковые частицы цинка имеют диаметр от 155 до 255 микрометра, и удельную поверхность в границах 0,02 м2/г.

АНОД

Активной массой анода в алкалиновой батарейке является группа компонентов:

  • цинковый порошок (от 55 до 75% общей массы);
  • ингибитор коррозии (до 0,05% общей массы);
  • раствор КОН от 32 до 55% (от 25 до 45% общей массы);
  • загуститель (от 0,4 до 2% общей массы);
  • оксид цинка (до 2% общей массы).

Целлюлоза, полакрилат, поливиниловый спирт, а также прочие полимеры, могут применяться как гель-компонент при производстве алкалиновых батареек.

КАТОД

Активной массой катода в алкалиновой (щелочной) батарейке является группа компонентов:

  • диоксид марганца (от 79 до 85% общей массы);
  • раствор КОН от 35 до 55% (от 7 до 10% общей массы);
  • углерод (от 7 до 10% общей массы);
  • связующий элемент (от 0 до 1% общей массы).

При этом процентное соотношение может варьироваться у алкалиновых батареек от разных производителей в широких пределах.

К примеру, 15% и даже выше способны достигать углеродистые составляющие, вместо общераспространенных 10 процентов.

ЭЛЕКТРОЛИТ

Электролит загущается природным или производным полимерным соединением на основе OH-группы.

Чаще всего электролит, который содержат алкалиновые батарейки, — это:

  • концентрированный раствор КОН;
  • концентрированный раствор NaOH;
  • добавки ZnO;
  • добавки LiOH.

Как работают алкалиновые батарейки

Процессы разряда сопровождаются окислениями цинка, созданием цинката.

Как только электролит насыщается цинкатом, начинается следующая стадия, в которой идет балансирование между поглощением и выделением ионов OH.

При этом наблюдается разложение гидроксида цинка на воду и оксид цинка, но щелочь не расходуется.

Ввиду этого даже малое количество электролита, помещенное между электродами, способно запустить в работу всю систему батарейки.

За счет порошкового цинкового электрода алкалиновые батарейки значительно выигрывают у солевых в коэффициентном использовании активных компонентов.

Сравнивая беспрерывную работу солевых и щелочных (alkaline) батареек на средних и высоких разрядных токах, последние показывают лучшую емкость (до 10 раз) при одинаковых рабочих габаритах.

1385052897_sv-59023_2_desc

Кроме того, алкалиновые батарейки:

  • менее требовательны к температурам окружающей среды;
  • способны работать даже в минус 20 градусов Цельсия;
  • показывают годовой 10-и процентный саморазряд при плюс 20 градусах Цельсия;
  • трехмесячный 10-и процентный саморазряд при плюс 50 градусах.
Срок хранения алкалиновых батареек в отдельных случаях достигает 10 лет.

Тем не менее, гарантийным периодом (при средних температурах) считаются 5 и даже 7 лет.