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