Воздушно-цинковый элемент — гальванический элемент, в котором в качестве анода используется — газовый (воздушный электрод), электролит — водный раствор гидроксидакалия (либо растворы хлорида цинка), катод — цинк. Отличается весьма высокой удельной энергоёмкостью (выше чем у литий-ионных аккумуляторов[1]). Широкому распространению препятствует короткий срок эксплуатации, связанный с высыханием электролита, однако ведутся работы по устранению этого недостатка.
История изобретения
Параметры
- Теоретическая энергоёмкость: 1350 Вт·ч/кг[2]
- Удельная энергоёмкость: более 450 Вт·ч/кг[3][4]
- Удельная энергоплотность(Вт·ч/дм³):
- Максимальная мощность: 5000 Вт/кг[5]
- ЭДС: 1.4-1.45 В[5]
- Рабочая температура: — 20…+35 °C.
Химические процессы
На катоде происходит реакция электровосстановления кислорода, продуктами которой являются отрицательно заряженные гидроксид-ионы:
O2 + 2H2O + 4e → 4OH-.
Гидроксид-ионы движутся в электролите к цинковому аноду, где происходит реакция окисления цинка с высвобождением электронов, которые через внешнюю цепь возвращаются на катод:
Zn + 4OH- → Zn(OH)22- + 2e.
Zn(OH)22- → ZnO + 2OH- + H2O.
Конструкция
Конструкция ячейки воздушно-цинкового элемента включает катод и анод, разделённые щелочным электролитом и механическими сепараторами. В качестве катода используется газодиффузный электрод (gas diffusion electrode, GDE), водопроницаемая мембрана которого позволяет получать кислород из циркулирующего через неё атмосферного воздуха. «Топливом» является цинковый анод, окисляющийся в процессе работы элемента, а окислителем — кислород, получаемый из поступающего через «дыхательные отверстия» атмосферного воздуха.
Хранение и эксплуатация
Одна из особенностей воздушно-цинкового элемента — относительно большой саморазряд. Однако воздушно-цинковый элемент не разряжается, пока катод не наполнится воздухом. Поэтому при хранении вентиляционное отверстие элементов закрывается герметизирующей наклейкой. На полную мощность элемент выходит приблизительно через минуту после удаления наклейки.
Области применения
Малогабаритные дисковые элементы применяется для питания слуховых аппаратов.
На внутренних водных путях СССР и постсоветских стран для питания светосигнальных фонарей навигационных знаков используются батареи воздушно-цинковых элементов семейства «Бакен-ВЦ» емкостью 350—600 А*ч. Для активации батареи нужно сорвать бумажные заглушки с трубок сообщения с атмосферой. Емкости батареи обычно хватает для питания фонаря мощностью около 1 Вт в течение всей навигации.
Ссылки
- Воздушно-цинковые элементы: от батарей к аккумуляторам Сергей Асмаков, журнал КомпьютерПресс 3’2005
- Топливные элементы. Воздушно-цинковые элементы и генераторы
- Воздушно-цинковые элементы (Zinc-Air) — возможная альтернатива литию
Литература
- ГОСТ 15596-82 Источники тока химические. Термины и определения
- Воздушно-цинковые батарейки для слуховых аппаратов
Примечания
- ↑Впервые созданы перезаряжаемые воздушно-цинковые батареиАрхивная копия от 29 декабря 2010 на Wayback Machine Мембрана.ру
- ↑Batteries for Oxygen Concentrators. Дата обращения: 29 октября 2010. Архивировано 24 октября 2010 года.
- ↑Ultimate specific energy for batteries. Дата обращения: 29 октября 2010. Архивировано из оригинала 11 августа 2010 года.
- ↑Metal Air Batteries, Half a Fuel Cell?Архивная копия от 27 декабря 2010 на Wayback Machine
- ↑ 12Воздушно-цинковые элементы: от батарей к аккумуляторамАрхивная копия от 25 марта 2014 на Wayback Machine журнал КомпьютерПресс
