Çinko-karbon pil - Zinc–carbon battery

Çeşitli boyutlarda çinko-karbon piller

Bir çinko-karbon pili a, kuru hücre birincil pil sağlar doğrudan elektrik akımı gelen elektro-kimyasal reaksiyona arasında çinko ve manganez dioksit (MnO 2 ). Tipik olarak pil için bir kap olarak gerçekleştirilen çinko anot ile manganez dioksit elektrotundan akımı toplayan ve hücreye adını veren pozitif kutuplu bir karbon çubuk olan katot arasında yaklaşık 1,5 voltluk bir voltaj üretir. .

Genel amaçlı piller, elektrolit olarak muhtemelen bir miktar çinko klorür çözeltisi ile karıştırılmış sulu bir amonyum klorür (NH 4 Cl) macunu kullanabilir . Ağır hizmet tipi tipler, esas olarak çinko klorürden (ZnCl 2 ) oluşan bir macun kullanır .

Çinko-karbon piller, ıslak Leclanché hücresi teknolojisinden geliştirilen ilk ticari kuru pillerdi . Onlar yapılan el feneri ve olası diğer taşınabilir cihazlar herhangi bir yönde pil fonksiyonları çünkü. Uzaktan kumandalar , el fenerleri, saatler veya transistörlü radyolar gibi düşük enerji tüketen veya aralıklı kullanımlı cihazlarda hala kullanışlıdırlar . Çinko-karbon kuru hücreler, tek kullanımlık birincil hücrelerdir . Günümüzde çinko-karbon pillerin yerini çoğunlukla daha verimli ve güvenli alkalin piller almıştır .

Tarih

Eski 3 V çinko-karbon pil (1960 civarında), karton kasalı

1876'da ıslak Leclanché hücresi , sıkıştırılmış bir manganez dioksit bloğu ile yapıldı. 1886'da Carl Gassner , elektroliti jelleştirmek ve hareketsiz hale getirmek için anot olarak bir çinko kap ve Paris sıvası (ve daha sonra buğday unu) kullanarak "kuru" bir versiyonun patentini aldı.

1898'de Conrad Hubert , ilk el fenerine güç sağlamak için WH Lawrence tarafından üretilen tüketici pillerini kullandı ve ardından ikisi, Eveready Battery Company'yi kurdu . 1900'de Gassner , Paris'teki Dünya Fuarı'nda taşınabilir aydınlatma için kuru pilleri gösterdi . 20. yüzyıl boyunca çinko-karbon hücrelerinin stabilitesi ve kapasitesinde sürekli iyileştirmeler yapıldı; yüzyılın sonunda kapasiteler 1910 eşdeğerinin dört katına çıkmıştı. İyileştirmeler arasında, daha saf manganez dioksit derecelerinin kullanımı, daha iyi sızdırmazlık ve negatif elektrot için daha saf çinko bulunmaktadır. Çinko klorür piller (genellikle "ağır hizmet" pilleri olarak pazarlanır), amonyum klorür elektrolitine kıyasla daha uzun ömür ve daha istikrarlı voltaj çıkışı sağlayan, esas olarak çinko klorürden oluşan bir macun kullanır.

Çinko anottaki safsızlıklardan kaynaklanan yan reaksiyonlar, hücrenin kendi kendine deşarjını ve korozyonunu arttırır. Eskiden çinko, bir amalgam oluşturmak için cıva (Hg) ile kaplanmış ve onu korumuştur . Bunun çevresel bir tehlike olduğu göz önüne alındığında, mevcut üretim pilleri artık cıva kullanmamaktadır. Üreticiler artık yerel eylemi ve kendi kendine deşarjı önlemek için daha yüksek oranda saflaştırılmış çinko kullanmalıdır.

2011 itibariyle çinko-karbon piller, Birleşik Krallık'taki tüm taşınabilir pillerin %20'sini ve AB'de %18'ini oluşturuyordu.

Yapı

Çinko-karbon kuru hücrenin kabı bir çinko kutudur (anot). Kutu bir tabaka içeren , NH 4 Cl ya da ZnCl 2 toz karbon (genellikle bir karışımından çinko teneke ayıran bir kağıt tabakası emprenye sulu hamur grafit tozu) ve manganez (IV) oksit ( MnO 2 a yaklaşık paketlendi), karbon çubuk. Karbon, tek pratik iletken malzemedir, çünkü her yaygın metal , tuz bazlı elektrolitte pozitif elektrotta hızla korozyona uğrar .

Çinko-karbon pilin kesiti

Erken tipler ve düşük maliyetli hücreler, nişasta veya un tabakasından oluşan bir ayırıcı kullanır . Modern hücrelerde daha ince olan ve daha fazla manganez dioksit kullanılmasına izin veren bir nişasta kaplı kağıt tabakası kullanılır. Başlangıçta hücreler elektrolitin kurumasını önlemek için bir asfalt tabakasıyla kapatılmıştı ; daha yakın zamanlarda bir termoplastik yıkayıcı sızdırmazlık maddesi kullanılmaktadır. Karbon çubuk hafif gözeneklidir, bu da sulu elektroliti korurken birikmiş hidrojen gazının kaçmasına izin verir . Katot macunundaki manganez dioksit ve karbon tozu oranı hücrenin özelliklerini etkiler: daha fazla karbon tozu iç direnci düşürürken, daha fazla manganez dioksit depolama kapasitesini artırır.

Yassı hücreler, yaklaşık 450 volta kadar daha yüksek voltajlı pillere monte edilmek üzere yapılmıştır. Yassı hücreler istiflenir ve elektrolit buharlaşmasını önlemek için tüm düzenek mumla kaplanır . Elektronlar, bağlı cihazın telinden anottan katoda akar.

kimyasal reaksiyonlar

Bir çinko-karbon kuru hücrede, dış çinko kap, negatif yüklü terminaldir.

Amonyak klorür elektroliti

Çinko okside göre yük taşıyıcı , klorür anyonu (Cı - ZnCl içine) 2 , aşağıdaki ile, yarı reaksiyonları :

Anot (oksidasyon reaksiyonu, - işaretli)

Zn + 2 Cl → ZnCl 2 + 2 e

Katot (indirgeme reaksiyonu, + işaretli)

2 MnO 2 + 2, NH 4 CI + H 2 O + 2 E - → Mn 2 O 3 + 2 , NH 4 OH + 2 Cı -

Diğer yan reaksiyonlar da mümkündür, ancak bir çinko-karbon hücresindeki genel reaksiyon şu şekilde temsil edilebilir:

Zn + 2 MnO 2 + 2, NH 4 CI + H 2 O → ZnCl 2 + Mn 2 O 3 + 2, NH 4 OH

çinko klorür elektrolit

Eğer çinko klorid ile ikame edilir amonyum klorür , elektrolit olarak, anod, reaksiyon aynı kalır:

Zn + 2 Cl → ZnCl 2 + 2 e

ve katot reaksiyonu çinko hidroksit ve manganez(III) oksit üretir .

2 MnO 2 + ZnCl 2 + H 2 O + 2 e → Mn 2 O 3 + Zn(OH) 2 + 2 Cl

genel tepki vermek

Zn + 2 MnO 2 + H 2 O → Mn 2 O 3 + Zn(OH) 2

Pil, yaklaşık 1,5 V'luk bir elektromotor kuvvetine (emk) sahiptir . Emfin yaklaşık doğası, katot reaksiyonunun karmaşıklığı ile ilgilidir. Anot (çinko) reaksiyonu, bilinen bir potansiyel ile nispeten basittir. Yan reaksiyonlar ve aktif kimyasalların tükenmesi , pilin iç direncini arttırır , bu da yük altında terminal voltajının düşmesine neden olur.

Çinko-klorür "ağır hizmet" hücresi

Sıklıkla ağır hizmet tipi , ekstra ağır hizmet tipi , süper ağır hizmet tipi veya süper ekstra ağır hizmet tipi pil olarak adlandırılan çinko-klorür hücresi, daha saf pil kullanan orijinal çinko-karbon hücresinde bir gelişmedir. kimyasallar ve kullanıldığı gibi daha uzun hizmet ömrü ve daha istikrarlı voltaj çıkışı sağlar ve genel amaçlı çinko-karbon hücrelerin hizmet ömrünün yaklaşık iki katı veya sürekli kullanım veya yüksek drenajlı uygulamalarda dört katına kadar hizmet sunar. Bununla birlikte, bu hala bir alkalin hücrenin çıktısının bir kısmıdır.

Alkalin piller , özellikle sürekli kullanım veya yüksek enerji tüketen uygulamalarda çinko-karbon pillerin pil ömrünün sekiz katına kadar sunar.

Depolamak

Üreticiler çinko-karbon pillerin oda sıcaklığında saklanmasını önermektedir; daha yüksek sıcaklıklarda depolama, beklenen hizmet ömrünü azaltır . Çinko-karbon piller hasar görmeden dondurulabilir; üreticiler, kullanımdan önce normal oda sıcaklığına döndürülmelerini ve pil ceketinde yoğuşmanın önlenmesini tavsiye eder. 20. yüzyılın sonunda, çinko-karbon hücrelerinin depolama ömrü, 1910'da beklenen ömrün dört katına çıktı.

dayanıklılık

Çinko-karbon hücrelerinin raf ömrü kısadır , çünkü çinko amonyum klorür tarafından saldırıya uğrar. Çinko metal çinko iyonlarına oksitlendiğinden, hücre kullanıldıkça çinko kabı incelir. Çinko kasası yeterince inceldiğinde pilden çinko klorür sızmaya başlar. Eski kuru hücre sızdırmaz değildir ve macun çinko muhafazadaki deliklerden sızdığı için çok yapışkan hale gelir. Pilin içindeki amonyum klorür çinko ile reaksiyona girdiğinden, kuru hücredeki çinko muhafaza, pil kullanılmadığında bile incelir. İç kısımda karbon kap ve çinko kanatlı "içten dışa" bir form, daha sızdırmaz olmasına rağmen 1960'lardan beri üretilmemiştir.

Çinko-karbon pillerin aşamalı korozyonu

Bu resim, (a)'da yeni pillerin çinko kabını ve (b) ve (c)'de boşalmış pilleri göstermektedir. (c)'de gösterilen pil , çinko oksidi muhafaza içinde tutmak için bir polietilen koruma filmine (çoğunlukla fotoğrafta çıkarılmıştır ) sahipti .

Çevresel Etki

Dünyada her yıl binlerce ton çinko-karbon pil atılıyor ve çoğu zaman geri dönüştürülmüyor.

İmha, yargı yetkisine göre değişir. Örneğin, ABD'de Kaliforniya eyaleti, tüm pilleri atıldığında tehlikeli atık olarak kabul etmekte ve pillerin diğer evsel atıklarla birlikte atılmasını yasaklamıştır . Avrupa'da pil imhası, WEEE Yönergesi ve Pil Yönergesi düzenlemeleri tarafından kontrol edilir ve bu nedenle çinko-karbon piller evsel atıklarla birlikte atılmamalıdır. AB'de pil satan çoğu mağazanın yasa gereği eski pilleri geri dönüşüm için kabul etmesi gerekir .

Demonte çinko klorür hücresi (çinko karbon hücresine benzer). 1: tüm hücre, 2: çelik kasa, 3: çinko negatif elektrot, 4: karbon çubuk, 5: pozitif elektrot (karbon tozu ve elektrolit ile karıştırılmış manganez dioksit), 6: kağıt ayırıcı, 7: polietilen sızdırmaz izolasyon, 8: sızdırmazlık halkaları, 9: negatif terminal, 10: pozitif terminal (başlangıçta karbon çubuğa bağlı).

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar