Por qué las pilas alcalinas de zinc-manganeso funcionan mejor que las pilas normales de zinc-manganeso

Las pilas de zinc-manganeso se pueden dividir en pilas normales de zinc-manganeso y pilas alcalinas de zinc-manganeso.

Batería ordinaria de zinc-manganeso: el electrodo positivo es una varilla de grafito y dióxido de manganeso (MnO2), el material del electrodo negativo es una placa de zinc y el electrolito es una pasta de almidón de cloruro de amonio (NH4Cl) y cloruro de zinc (ZnCl2). Dado que el electrodo positivo tiene una varilla de grafito, una batería común de zinc-manganeso a veces se denomina batería de carbono.

Pila alcalina de Zn-Mn: el electrodo positivo es dióxido de manganeso, el electrodo negativo es zinc y el electrolito es más común con hidruro de potasio (KOH). Se puede decir que las pilas alcalinas son productos mejorados de las pilas ordinarias de zinc-manganeso.

El rendimiento general de las pilas alcalinas de zinc-manganeso es superior al de las pilas normales de zinc-manganeso:

La capacidad de las pilas alcalinas es significativamente mayor que la de las pilas ordinarias, aproximadamente de 3 a 8 veces la de estas últimas;

La capacidad de descarga de las baterías alcalinas es significativamente mayor que la de las baterías ordinarias y es más adecuada para descargas de gran corriente;

El período de almacenamiento de las pilas alcalinas puede alcanzar los 3 a 7 años, que es de 3 a 7 veces mayor que el de las pilas normales;

La tasa de utilización de materias primas para baterías alcalinas es más alta, por ejemplo, la tasa de utilización de zinc es de 3 a 8 veces mayor que la de las baterías ordinarias.

Por lo tanto, las pilas alcalinas de zinc-manganeso son mejores que las pilas normales de zinc-manganeso.

La batería alcalina de zinc-manganeso es una batería hecha de una estructura de polaridad inversa en la que el zinc se usa como electrodo negativo, el dióxido de manganeso se usa como electrodo positivo y el hidróxido de sodio o hidróxido de potasio se usa como electrolito. [1]

Introducción

El zinc se utiliza como electrodo negativo, el dióxido de manganeso es el electrodo positivo y la solución de hidróxido de potasio es la batería principal del electrolito denominado batería alcalina de manganeso, comúnmente conocida como batería alcalina. Su línea de productos se indica con la letra "LR", y el número que sigue indica el número de modelo de la batería.

La batería alcalina de manganeso que se vio por primera vez en la patente alemana es una batería húmeda. En 1912, otra batería seca obtuvo una patente alemana. No fue hasta 1949 que se puso en el mercado la batería tipo "Crown" de Yuehua Company de Estados Unidos. Después del exitoso desarrollo de la estructura cilíndrica en 1960, la batería alcalina de manganeso se desarrolló rápidamente.

La batería alcalina de Zn-Mn es un producto de batería de alto rendimiento mejorado para baterías secas comunes. Tiene baterías LR6 (No. 5) y LR03 (No. 7). Los productos se dividen en tipo común (que contiene 0,60% de mercurio) y micro-mercurio (que contiene menos de 0,025% de mercurio), y actualmente se está produciendo una prueba de baterías sin mercurio.

Reacción del electrodo

Batería de botón:

Reacción negativa: Zn + 2OH - 2e- = Zn (OH) 2

Reacción positiva del electrodo: 2MnO2 + 2H2O + 2e- = 2MnOOH + 2OH-

Reacción total: Zn + 2MnO2 + H2O = Zn (OH) 2 + Mn2O3

Batería general:

Reacción del electrodo negativo: Zn + 2OH- = Zn (OH) 2 + 2e-, Zn (OH) 2 + 2OH - = [Zn (OH) 4] 2-

Reacción positiva del electrodo: MnO2 + H2O + e- = MnOOH + OH-, MnOOH + H2O + e- = Mn (OH) 2 + OH-

Reacción total: Zn + MnO2 + 2H2O + 2OH- = Mn (OH) 2+ [Zn (OH) 4] 2-

(1) Estructura de batería cilíndrica

La batería alcalina de zinc-manganeso es representativa de un tipo cilíndrico, que es opuesto al diseño estructural de una batería cilíndrica ordinaria de zinc-manganeso. En la batería alcalina de zinc-manganeso, el electrodo positivo anular está al lado de la pared interior del cilindro de acero del contenedor, y el electrodo negativo está ubicado en el medio del electrodo positivo. Hay un colector de corriente negativa en forma de clavo, que está soldado en la cubierta superior como el polo negativo de la batería, y el cilindro de acero es un electrodo positivo. Para facilitar el uso de las baterías de zinc-manganeso ordinarias y evitar los errores de los electrodos positivo y negativo al usar las baterías, los productos semiacabados de las baterías alcalinas de zinc-manganeso anteriores se invierten cuando la batería está diseñado y fabricado, de manera que la parte inferior del cilindro de acero mire hacia arriba y la abertura hacia arriba. A continuación, coloque una cubierta convexa (cubierta falsa) en la parte inferior del cilindro de acero, el polo positivo se encuentra arriba; Se suelda una pieza de metal (fondo falso) en el cuerpo del cable del electrodo negativo, de modo que la apariencia de la batería alcalina de zinc-manganeso sea positiva y negativa. Y la forma es consistente con las baterías ordinarias de zinc-manganeso.

(2) Estructura de batería enrollada

La estructura adopta una malla metálica como portador, y los electrodos positivo y negativo se presionan respectivamente en una forma de tira delgada, y luego se apilan con un diafragma para enrollarlos en una batería de estructura en espiral (capacitiva), y la estructura se caracteriza porque los electrodos positivo y negativo tienen una gran área de acción. El sobrepotencial es pequeño, por lo que se puede obtener una mayor capacidad a baja temperatura y una gran descarga de corriente.

(3) Estructura de celda de tipo cuadrado

Los electrodos positivo y negativo de la batería de tipo cuadrado adoptan una estructura de grupo de polos, y los electrodos positivo y negativo se presionan respectivamente en una hoja de forma cuadrada, y una red colectora de corriente de metal se intercala entre las piezas polares.

Método de producción

Las pilas alcalinas de manganeso más populares están disponibles en formas cilíndricas y de botón, así como en formas cuadradas y planas. La carcasa exterior de la batería cilíndrica (ver figura) es una carcasa de acero niquelado con una tapa positiva, que también funciona como un colector de corriente positiva. El contacto cercano con la cáscara es el uso de oxidante electrolítico, grafito

Pila alcalina de zinc-manganeso

Pila alcalina de zinc-manganeso

Un anillo de electrodo positivo (cátodo) hecho de negro de humo. El centro está relleno con una pasta de zinc preparada con polvo de zinc y lejía en gel, es decir, un electrodo negativo (ánodo) que tiene un colector de corriente de latón interpuesto en el mismo. Los electrodos positivo y negativo están separados por una pipeta resistente a los álcalis. El colector de corriente negativa se suelda a la tapa del electrodo negativo y se inserta en el anillo de sellado de plástico. El conjunto se inserta en una carcasa de acero y se engarza y se sella, y la carcasa de acero se envuelve con una película termocontraíble para convertirse en una batería comercial. Las especificaciones de estructura y tamaño de la pila alcalina de manganeso de botón son básicamente las mismas que las de la pila de botón de zinc-plata. Fórmula típica (masa) de los materiales activos en la batería: el electrodo positivo es dióxido de manganeso electrolítico 90-92%, polvo de grafito 8-9%, acetileno negro negro 0,5-1%; El electrodo negativo es amalgama de zinc en polvo 88-90%, óxido de zinc 5 a 7%, sal sódica CMC 3 a 4%, solución de KOH (más) cantidad apropiada. El electrolito es una solución de KOH de 8 a 12 N en la que se disuelve una cantidad apropiada de óxido de zinc.

Características de presentación

La batería alcalina de manganeso tiene una tensión nominal de 1,5 V y una tensión máxima de 1,65 V. Su rendimiento de descarga tiene las siguientes características en comparación con las baterías ordinarias de zinc-manganeso: 1 pequeña resistencia interna, funcionamiento continuo bajo carga pesada mientras se mantiene un voltaje de alta estabilidad; La tasa de utilización de 2MnO2 es alta, en comparación con el mismo volumen, su carga es aproximadamente el doble que la de una batería de cartón; 3 La tasa de autodescarga es pequeña durante el almacenamiento y aún puede mantener el 85% de la carga original después de 3 años de almacenamiento y tiene una larga vida útil. 4 rendimiento a baja temperatura, puede generar un 25% de la carga de temperatura normal a -20 ° C, puede funcionar a una temperatura más baja con una carga ligera; 5 se puede usar como batería barata bajo un diseño específico y condiciones de uso estrictamente controladas Uso repetido de múltiples cargas. El MnO2 está dopado con titanio o algún otro óxido metálico para mejorar el rendimiento de carga del MnO2.

Variedad de especificaciones y usos.

En la tabla se muestran las especificaciones de las principales variedades de pilas alcalinas de manganeso cilíndricas de uso común. La pila de manganeso alcalina tipo botón tiene una carga de aproximadamente el 55% de la pila de botón de zinc-plata del mismo tamaño. Los modelos más utilizados son LR41, LR43, LR44, LR54 y LR55, y sus especificaciones de tamaño son las mismas que las de sus correspondientes pilas de botón de zinc-plata.

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