Trochę teorii

Baterie cynkowo-węglowe (typu Leclanche').

Są to najbardziej popularne baterie pierwotne. Ich konstrukcja opiera się na systemie elektrochemicznym: cynk (Zn)/dwutlenek manganu (MnO₂)/elektrolit-chlorek amonu (NH₄Cl). Stanowią rodzinę baterii Heavy Duty i występują w wielkościach:

- R03, R6, R14, R20

- 3R12 – bateria tzw. płaska, złożona z 3 szeregowo połączonych ogniw R12

- 6F22 – bateria blokowa 9V - szeregowe połączenie 6 ogniw specjalnej konstrukcji

- baterie specjalistyczne 4R25 (szeregowe połączenie 4 szt. ogniw R25) oraz 4R25-2 (połączenie szeregowo-równoległe 8 szt. ogniw R25).

Ogniwo składa się z puszki cynkowej, która spełnia zarówno rolę obudowy, jak też materiału aktywnego elektrody ujemnej; elektrody dodatniej (mieszanina naturalnego dwutlenku manganu MnO₂, węgla oraz czarnego ołowiu); elektrolitu (chlorek amonu - NH₄Cl) oraz separatora, najczęściej papierowego. W trakcie rozładowania obudowa cynkowa ulega częściowemu zużyciu.

Zmiany w technologii wytwarzania ogniw cynkowo-węglowych idą obecnie w dwóch kierunkach:

Ø "przyjazności" dla środowiska naturalnego, czyli stosowania jako elektrolitu znacznie mniej agresywnego chemicznie chlorku cynku (ZnCl₂) oraz eliminacji rtęci i kadmu (do tej pory stanowiących domieszki) :

o domieszka rtęci – ograniczająca korozję elektrochemiczną puszki cynkowej [na skutek zanieczyszczeń surowca cynkowego na powierzchni puszki tworzą się "mikro-ogniwa", które powodują samorozładowanie baterii i zużywanie się puszki],

o oraz domieszka kadmu – zmiękczająca cynk, co ułatwia produkcję wytłaczanych puszek cynkowych.

Ø poprawienia parametrów elektrycznych baterii: stosowanie ZnCl₂, stosowanie "elektrolitycznego" MnO₂ oraz zmiana materiału używanego do produkcji separatora.

Efektem tych działań jest nowa rodzina, znacznie bardziej przyjaznych środowisku, ogniw cykowo-chlorkowych typu Super Heavy Duty, z elektrolitem w postaci chlorku cynku (ZnCl₂) oraz o podwyższonych o około 25-30% parametrach elektrycznych (wzrost pojemności i poprawa pracy baterii w niskich temperaturach i przy rozładowaniu wyższymi prądami).

Gęstość energii: 270mWh/cm3, temperatury pracy: od -10oC do +50oC.

Ogniwa cynkowo-węglowe charakteryzują się korzystnym stosunkiem parametrów elektrycznych do kosztów. Obiektywnie jednak rzecz biorąc charakterystyki elektryczne tych ogniw nie są najlepsze. Krzywa rozładowania jest silnie opadająca w środkowym obszarze przebiegu ("względnie ustalonego" napięcia pracy).

Jej kształt jest bardzo niekorzystny przy rozładowaniu silnym prądem - zbliża się prawie do opadającej ukośnie prostej. Dodatkowo ogniwa te niezbyt dobrze zachowują się w niskich (ujemnych) temperaturach.

Jednak wspomniany niski koszt powoduje, że baterie tego typu znajdują powszechne zastosowanie jako źródło energii dla:

Ø radioodbiorników przenośnych, magnetofonów, dyktafonów, sprzętu komunikacji radiowej,

Ø kalkulatorów, zabawek, latarek,

Ø lamp i sprzętu ostrzegawczego (drogowe lampy ostrzegawcze i sygnałowe),

Ø sprzętu gospodarstwa domowego (golarki, elektryczne szczoteczki do zębów, etc.),

Ø sprzętu pomiarowego.

Każda bateria posiada datę przydatności drukowaną lub wybijaną na obudowie, czas przechowywania baterii cynkowo-węglowych wynosi około 3-4 lata od wyprodukowania.

Baterie alkaliczne

Popularne baterie wyższej jakości. Produkowane w wielkościach:

- LR1

- LR03; LR6; LR14; LR20

- 6LR61 lub 6LF22 (baterie 9V produkowane z 6 szt. ogniw cylindrycznych LR61 [Panasonic, Energizer] lub z 6 szt. ogniw pryzmatycznych LF22 [producenci dalekowschodni]). Ogniwa typu LR61 mają lepsze właściwości przy wysokich prądach pracy.

Ogniwa alkaliczne charakteryzują się napięciem 1.5V, gęstością energii około 300mWh/cm3 oraz temperaturowym zakresem pracy od -20oC do +55oC.

Zmiany konstrukcyjne oraz stosowanie nowych technologii materiałowych w ramach tego samego systemu elektrochemicznego - Zn/MnO₂ :

- inny elektrolit,

- pasta cynkowa tworząca elektrodę ujemną o dużej powierzchni czynnej,

- inna odmiana MnO₂ jako materiału elektrody dodatniej,

- inny separator

zdecydowały o uzyskaniu bardzo dobrych właściwości elektrycznych baterii alkalicznych. Baterie te oferują zarówno wyższą pojemność wyjściową, jak też charakteryzują się znacznie lepszym zachowaniem przy rozładowywaniu, szczególnie dużym prądem.

Bardzo dobrze radzą sobie z pracą w niskich temperaturach (-20oC). Krzywa rozładowania jest opadająca, ale wykazuje obszar "ustalania się" napięcia pracy.

Średnie czasy pracy baterii alkalicznych są 7-krotnie (a nawet 10-krotnie) dłuższe niż czasy pracy ogniw cynkowo-węglowych typu Leclanche'.

Baterie alkaliczne są ogniwami opartymi na systemie elektro-chemicznym Zn/MnO₂/KOH.

Jednak ich konstrukcja wewnętrzna jest zdecydowanie różna od konstrukcji ogniw Leclanche'.

Materiały aktywne elektrod to:

elektroda dodatnia - mieszanina elektrolitycznego MnO2 i węgla;

elektroda ujemna - pasta cynkowa (zastosowanie cynku w postaci pasty zwiększa powierzchnią czynną elektrody);

elektrolit - wodorotlenek potasu (KOH);

separator - porowaty materiał celulozowy, plastikowy lub tkanina o strukturze włóknistej.

Rolę obudowy spełnia puszka stalowa, a więc z samej konstrukcji ogniw alkalicznych wynika fakt, że nie zawierają one szkodliwych pierwiastków: rtęci i kadmu.

Obszar zastosowań baterii alkalicznych jest podobny do obszaru zastosowań baterii cynkowo-węglowych, powiększa go szeroka gama sprzętu fotograficznego (aparaty foto, lampy błyskowe, etc.) oraz zastosowania wymagające zasilania dużymi prądami.

Ø Mimo dość wysokich cen wyjściowych (3-krotnie wyższych od cen baterii cynkowo-węglowych) koszt użytkowania baterii alkalicznej przeliczony na jednostkę czasu może okazać się niższy niż dla baterii typu Leclanche'.

Data przydatności do zużycia baterii alkalicznych jest drukowana lub wybijana Czas przechowywania tych baterii wynosi około 5-7 lat od wyprodukowania.

Bibliografia:

Panasonic Polska "Battery Principle" 2003