Chemiczne źródła prądu Budowa i działanie ogniw galwanicznych i akumulatorów

Pomiar pojemności różnych baterii Chemiczne źródła prądu możemy podzielić na: •

•

• • • • •

• • •

Źródła pierwotne (ogniwa); które dostarczają energii w wyniku reakcji chemicznych zużywających ich elementy i składniki chemiczne w sposób nieodwracalny Źródła wtórne (akumulatory); które oddają energie dostarczoną im w czasie ładowania.

Najczęściej spotykanym źródłem pierwotnym są ogniwa kubkowe manganowo – cynkowe, tzw. suche (ogniwo Leclanchego). Ogniwo takie składa się z kubka cynkowego, będącego jednocześnie jego obudową i elektrodą ujemną, oraz z elektrody dodatniej w postaci pałeczki węglowej włożonej w wore-czek z depolaryzatorem (MnO2) oraz elektrolitu. Depolaryzator ma za zadanie wiązanie wydzielającego się w czasie rozładowywania ogniwa wodoru powodującego zmniejszenie SEM ogniwa. Elektrolitem jest chlorek amonu (NH4Cl). Wyżej opisaną budowę mają ogniwa R1 – R20.

Nieco inną budowę mają ogniwa zasadowe manganowo – cynkowe (baterie alkaliczne). Ogniwo zamknięte jest w obudowie stalowej stanowiącej elektrodę dodatnią. Elektrodą ujemną jest pręcik stalowy włożony do woreczka z opiłkami cynkowymi. Pozostałą przestrzeń wypełnia depolaryzator z grafitem. Elektrolitem jest zasada potasowa (KOH). Powyższą budowę mają wszystkie ogniwa oznaczone literą „L”, np. LR6. Są znacznie wydajniejsze od ogniw suchych.

Z wtórnych źródeł zasilania stosuje się akumulatory kadmowo – niklowe (Ni Cd). Elektrolitem jest wodorotlenek potasu z dodatkiem wodorotlenku litu. Nasycone są nim obie elektrody i separator. Elektrody wykonane są ze sprasowanego proszku zamkniętego w woreczkach z niklowej siatki drucianej. Pojemność tego typu akumulatora będącego odpowiednikiem „paluszka” (R6) nie przekracza 1000 mAh.

AKUMULATORY (Ni – MH) !!!!!!

Oznaczenia Ogniwa oznaczane są kodem literowo cyfrowym składającym się z jednej lub dwóch liter i liczby jedno- lub dwucyfrowej. Pierwsza litera oznacza rodzaj ogniwa:

A – ogniwo, w którym depolaryzatorem jest tlen z powietrza, a elektrolitem chlorek amonowy M – ogniwo rtęciowe, w którym depolaryzatorem jest tlenek rtęci, a elektrolitem KOH L – ogniwo alkaliczne, w którym depolaryzatorem jest dwutlenek manganu, a elektrolitem KOH. S – ogniwo srebrowe, w którym elektrolitem jest KOH C – ogniwo litowe

Brak pierwszej litery oznacza ogniwo, w którym depolaryzatorem jest dwutlenek manganu, a elektrolitem jest chlorek amonowy. Druga litera oznacza typ baterii i jej kształt:

R – ogniwo kubkowe, walcowe F – ogniwo płytowe prostopadłościenne S – ogniwo prostopadłościenne

Liczby występujące po tych literach oznaczają rozmiary ogniwa.

Ogniwa galwaniczne Elektroda Ogniwo

Dodatnia Ujemna Elektrolit

Depolaryzator SEM (V)

W (kJ / kg) Reakcja

chemiczna Daniella

Zn/ZnSO4//CuSO4/Cu Cu Zn E: 10 – 20 % roztwór H2SO4

D: roztwór CuSO4 0,95 – 1,04 V

b.d. Zn + CuSO4 → ZnSO4 + Cu

Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu Leclanchego

Zn/NH4Cl/MnO2, C Pałeczka węglowa

Cylinder Zn

E: roztwór salmiaku (NH4Cl) D: MnO2 (brausztyn)

1,53 V 150 – 420 kJ/kg

Zn + 2MnO2 + 2NH4Cl → [Zn(NH3)2]Cl2 + Mn2O3 + H2O

Westona Hg Cdab E: Nasycony roztwór KCl, Hg2SO4 i CdSO4

D: pasta Hg2SO4 i CdSO4

1,0181 V patrz przyp. D

3Cd + 3Hg2SO4 + 8H2O → 6Hg + 3CdSO4 • 8H2O

Clarka Hg Znae E: Nasycony roztwór KCl, Hg2SO4 i ZnSO4

D: pasta Hg2SO4 i ZnSO4

1,4198 V patrz przyp. D

3Zn + 3Hg2SO4 → 3ZnSO4 + 6Hg

Rubena Hg + HgO sprasowany pył Zn

E: roztwór KOH D: -

1,34 V 450 kJ/kg

HgO + Zn + 2KOH → Hg + K2[ZnO2] + H2O

Litowo – siarkowe Li/LiClO4/TiS2

Siarka z grafitem

Lit E: sole litu (LiClO4) w rozpusz-czalnikach organicznych.

D: -

2,48 V 2600 kJ/kg

Li+ + e- → Li Wytworzony lit wbudowuje się w sieć

krystaliczną TiS2 2Li + (1 + x)S → Li2S(1+x)

• • • • •

A: amalgamat B: 4% Hg C: 12,5% Hg D: stosowane jako wzorzec napięcia, a nie jako źródło zasilania E: 7% Hg

W – gęstość energii użytecznej

Baterie suche Parametry przed rozładowaniem Czas pracy Pojemność

(mAh) Nazwa Cena (zł) Napięcie (V) Natężenie (A) Rozładowanie

do 1 V Rozładowanie

całkowite Rozładowanie do 1 V

Rozładowanie całkowite

1,63 2,89 5h 7h 1000 mAh 1400 mAh Kodak R6 0,85 1,63 2,8 4,5 7,5h 900 mAh 1500 mAh 1,57 2,41 1,3h 2,3h 265 mAh 460 mAh Cybercell

Duvacell1 R6 0,4 1,58 2,35 1h 2,3h 200 mAh 460 mAh 1,65 3,3 3h 4h 600 mAh 800 mAh Justa R6 0,5 1,66 3,15 3h 4h 600 mAh 800 mAh 1,65 3,05 5,5h 7,5h 1100 mAh 1500 mAh Panasonic Spe-

cial R6 1 1,65 2,88 5h 7h 1000 mAh 1400 mAh

Wonder Ultra R6 (Energizer) 0,7 1,67 3,27 6,5h 8h 1300 mAh 1600 mAh

LongLife Philips R6 0,8 1,57 2,83 5h 6,5h 1000 mAh 1300 mAh

Philips Super R14 1,5 1,59 3,4

• 1 – wszystkie baterie suche (chińskie itp.) wyglądające jak baterie Duracell

Baterie alkaliczne Parametry przed rozładowaniem Czas pracy Pojemność

(mAh) Nazwa Cena (zł) Napięcie (V) Natężenie (A) Rozładowanie

do 1 V Rozładowanie

całkowite Rozładowanie do 1 V

Rozładowanie całkowite

Sony Alkaline LR6 1,9 1,61 5,45 19h 22,5h 3800 mAh 4500 mAh

Duracell LR6 2,5 1,6 3,3 19h 20h 3800 mAh 4000 mAh

GP Alkaline LR6 1,8 1,55 4,8 19h 21h 3800 mAh 4200 mAh

Cena baterii w przeliczeniu na 1000 mAh

Nazwa baterii Cena 1000 mAh GP Alkaline LR6 0,47

Sony Alkaline LR6 0,5 Wonder Ultra R6 (Energizer) 0,53

Duracell LR6 0,65 LongLife Philips R6 0,8

Justa R6 0,83 Kodak R6 0,85

Panasonic Special R6 0,95 Cybercell 1,6

Autor: Piotr Maliński www.pchem.prv.pl