Кіріспе
Құрғақ элементті батареяның түрі
Цинк-көміртек батареясы (немесе АҚШ ағылшын тілінде көміртек-цинк батареясы) – цинк (Zn) пен марганец диоксиді (MnO2) арасындағы электрохимиялық реакциядан аммиак хлориді (NH4Cl) электролитінің қатысуымен тікелей электр тоғын беретін құрғақ элементті біріншілік батарея. Ол цинк аноды мен манганец диоксиді электродынан ток жиналатын, стандартты электродтық потенциалы жоғары (оң полярлық) қосылыспен қоршалған көміртек таяқшасынан тұратын катод арасында шамамен 1,5 вольт кернеу тудырады. Цинк анод әдетте батарея жасушасы үшін цилиндрлі контейнер ретінде жасалады. "Цинк-көміртек" атауы шамалы шатастырады, себебі ол көміртек тотықтырғыш агент ретінде әрекет ететінін, ал марганец диоксиді емес екенін көрсетеді. Жалпы қолданысқа арналған батареялар электролит ретінде аммиак хлоридінің (NH4Cl) қышқыл сулы пастасын пайдаланады, ал қағаз сепаратордағы мырыш хлоридінің (ZnCl2) ерітіндісі тұздық көпір ретінде қызмет етеді. Ауыр жұмысқа арналған түрлері негізінен мырыш хлоридінен (ZnCl2) тұратын пастаны қолданады. Цинк-көміртек батареялары – бұл алғашқы коммерциялық құрғақ батареялар, олар ылғалды Лекланше батареясының технологиясынан дамытылды. Олар шамдар мен басқа да портативті құрылғыларды жасауға мүмкіндік берді, өйткені бұл батареялар бұрын қол жетімді батареяларға қарағанда төмен бағамен жоғары энергия тығыздығын қамтамасыз етті. Олар әлі де аз қуат тұтынатын немесе үзілісті қолданылатын құрылғыларда, мысалы, пультерде, шамдарда, сағаттарда немесе транзисторлық радиоларда пайдалы. Цинк-көміртек құрғақ элементтері бір рет қолданылатын біріншілік элементтер болып табылады. Бүгінгі таңда цинк-көміртек батареяларының көп бөлігі тиімдірек және қауіпсіз сілтілі батареялармен алмастырылды.
Тарих
1876 жылы ылғалды Лекланше батареясы манганий диоксидінен жасалған қысылған блокпен құрастырылды. 1886 жылы Карл Гасснер анод ретінде мырыш табағынан жасалған корпус және Париж гипсінің пастасы (кейін графит ұнтағы) қолданып, "құрғақ" нұсқасын патенттеді. 1898 жылы Конрад Хьюберт алғашқы шамды қуаттандыру үшін В. Х. Лоуренс өндірген тұтыну батареяларын пайдаланды, одан кейін екеуі Eveready Battery Company компаниясын құрды. 1900 жылы Гасснер Париждегі әлемдік көрмеде тасымалданатын жарықтандыруға арналған құрғақ батареяларды көрсетті. 20-ғасыр бойы мырыш-көміртек батареяларының тұрақтылығы мен сыйымдылығы үздіксіз жақсартылып келді; ғасыр соңына қарай сыйымдылық 1910 жылғы деңгейге қарағанда төрт есеге өсті. Жақсартуларға манганий диоксидінің таза сорттарын пайдалану, ішкі кедергіні төмендету үшін манганий диоксидіне графит ұнтағын қосу, жақсы герметикалық жабыс және теріс электрод үшін таза мырыш кірді. Цинк хлориді батареялары (әдетте "күшті" батареялар ретінде сатылады) жоғары ағымды қолдануда тұрақты кернеуді қамтамасыз ететін, негізінен цинк хлоридінен тұратын анолиттің (немесе анод электролитінің) жоғары концентрациясын қолданады. Мырыш металлы/цинк хлориді анодындағы қоспалар мен аммоний хлориді электролиті арасындағы жанама реакциялар өздігінен разрядталу жылдамдығын арттырып, батареяның коррозиясын күшейтеді.
Құрылыс
Мырыш-көміртек құрғақ батареясының корпусы мырыш банкасы (анод) болып табылады. Банканың түбі мен қабырғалары амоний хлориді (NH4Cl) және қоюлантқыш заттармен сіңдірілген қағаз бөлігіш қабатын қамтиды, олар сулы электролит пастасын құрайды. Қағаз бөлігіш, мырыш банкасының катодпен жанасуын болдырмай, қысқа тұйықталудың пайда болуына кедергі келтіреді. Катод – көміртек таяқшасының айналасына орналасқан ұнтақ көміртек (әдетте графит ұнтағы) және марганец (IV) оксидінен (MnO2) тұратын қоспа.
Қолданылуы
Мырыш-көміртекті батареялардың бірлік құны төмен болып келеді және олар көбінесе теледидар пульті, сағаттар және түтін дабылғыштары сияқты аз қуатты тұтынатын құрылғыларға қуат беру үшін қолданылады. Мырыш-көміртекті батареялар қолмен айналдырылатын телефондардың магнитті телефондарында микрофон мен динамиктерді қуаттандыру үшін жиі пайдаланылған.
Химиялық реакциялар
Мырыш-көміртек құрғақ батареясында, сыртқы мырыш корпусы теріс зарядталған электрод болып табылады.
"Ауыр жұмыс" цинк хлориді элементі
Зинк хлориді элементі, көбінесе ауыр, аса ауыр, супер ауыр немесе супер аса ауыр батарея деп аталады, бұл бастапқы мырыш-көміртек элементінің жетілдірілген түрі. Ол таза химиялық заттарды қолданады, қызмет ету мерзімін ұзартады және пайдалану кезінде тұрақты кернеуді қамтамасыз етеді. Бұл элемент жалпы мақсаттағы мырыш-көміртек элементтерінен екі есеге дейін ұзақ қызмет етеді, ал үздіксіз пайдалану немесе жоғары қуат талап ететін жағдайларда – төрт есеге дейін қызмет ете алады. Көп жағдайларда, бұл батареялар мырыш-көміртек батареяларынан сегіз есеге дейін ұзақ қызмет етеді, әсіресе үздіксіз пайдалану немесе жоғары қуат талап ететін жағдайларда. Еуропада батареяларды кәдеге келтіру ЭЭҚҚ директивасы және Батарея директивасымен реттеледі, сондықтан мырыш-көміртек батареяларын тұрмыстық қоқысқа тастауға болмайды. ЕО-да батарея сататын көптеген дүкендер заң бойынша ескі батареяларды қайта өңдеу үшін қабылдауға міндетті.