Цинково-въздушната батерия представлява първичен източник на ток, т.е. еднократна електрическа батерия, напрежението на която теоретично е максимум 1,60 V и се създава чрез реакция между цинк и кислород. На практика обаче постижимото напрежение при разтоварване е само 1,35 до 1,4 V, тъй като намаляването на кислорода в катода е силно възпрепятствано. Следователно цинково-въздушните батерии са в същия диапазон на напрежение като батериите с живачен оксид, които вече не се произвеждат и са ги заменили, когато се използват в слухови апарати. Цинк-въздушната батерия е разработена главно поради липсата на суровини след Втората световна война. Днес, под формата на миниатюрна батерия, тя предлага оптимално захранване за аналогови и цифрови слухови апарати благодарение на нейната особено висока енергийна плътност и почти хоризонтална крива на разряд. Произвежда се и в по-голяма форма за огради под напрежение и като батерии за фенери с особено висок капацитет. По време на Втората световна война са произвеждани и като плоски батерии.[1]
След като разработката на горивни клетки довежда до създаването на високоеластични газодифузни електроди под формата на фолио, стават възможни и въздушно-цинковите акумулатори.[2]
В цинково-въздушната батерия цинкът се окислява с атмосферен кислород в алкален електролит до оксид или хидроксид и освободената енергия се използва като електрическа. Протичат следните реакции:
Химично уравнение[3] | |
---|---|
Анод | Окисление / освобождаване на електрони |
Електролит | |
Катод | Редукция / поглъщане на електрони |
Обща реакция | Редокс / клетъчна реакция |
Порите на газодифузионния електрод трябва да се намокрят с електролит, за да се осигури голяма реакционна повърхност за преобразуване на кислорода на трифазната граница. „Сърцето“ на газодифузионния електрод е активен слой с дебелина около 1 mm, който има проводим носещ материал, изработен от фино раздробен въглерод, върху който е приложен катализатор от страна на електролита за ускоряване на кислородната редукция и окисляването на хидроксида.
При новите батерии входният отвор за атмосферния кислород обикновено е запечатан с езиче, така че редокс реакциите започват само когато това уплътнение се отстрани. Поради това цинково-въздушните батерии се характеризират с дълъг срок на годност, но обикновено трябва да се изразходват в рамките на няколко седмици след отстраняването на уплътнението.
Химично уравнение | |
---|---|
Анод | Окисление / освобождаване на електрони |
Катод | редукция / поглъщане на електрони |
Обща реакция | Редокс / клетъчна реакция |
Презареждането може да бъде постигнато, ако реагиралият метал се замени механично, което е вариант на горивна клетка с твърдо гориво. Такива системи са тествани за тяхната пригодност в електрически превозни средства от 70-те години на миналия век, но все още не са успели да се докажат.
Електрическото презареждане би било по-малко сложно и следователно по-удобно за потребителя. Цинковият електрод може да бъде презареден във воден алкален електролит; обаче се образуват дендрити, които водят до къси съединения. Освен това трябва да се използва бифункционален, порест газодифузионен електрод. Бифункционален означава, че трябва да може да редуцира атмосферния кислород и да окислява разрядния продукт (OH−) на трифазната граница между твърдия електрод и течния електролит и газовото пространство.
В момента най-често срещаните типове са 13 (оранжев), 312 (кафяв) и 10 (жълт), които се използват основно в слухови апарати.
Номер (тип) | Цветно означение | IEC | ANSI | Renata | Varta | Duracell | Диаметър × височина | Амперчасове (ориентировъчно) | Напрежение |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
675 | синьо | PR44 | 7003ZD | ZA675 | V675A | DA675 | 11,56 mm × 5,33 mm | 600 mAh | 1,4 V |
13 | оранжево | PR48 | 7000ZD | ZA13 | V13A | DA13 | 7,80 mm × 5,35 mm | 290 mAh | 1,4 V |
312 | кафяво | PR41 | 7002ZD | ZA312 | V312A | DA312 | 7,80 mm × 3,45 mm | 160 mAh | 1,4 V |
10 | жълто | PR70 | 7005ZD | ZA10 | V10A | DA230 | 5,80 mm × 3,60 mm | 90 mAh | 1,4 V |
5 | червено | PR63 | ZA5 | 5,80 mm × 2,16 mm | 35 mAh | 1,4 V |