«Современные химические источники тока»
Система Zn ½ NH4Cl, ZnCl2 ½ MnO2 (элемент Лекланше)
Элементы Лекланше (солевые батарейки) являются основным типом первичных ХИТ уже более 100 лет. Очень долго они были самыми распространенными, но с 1998 года их производство начало сокращаться. Ряд стран (например, США) полностью перешли на выпуск щелочных элементов Zn-MnO2, т. к. солевым элементам присущи серьезные недостатки: 1) резкое снижение напряжения при разряде, что приводит к почти линейно падающей разрядной характеристике; 2) резкое ухудшение параметров при отрицательной температуре и при увеличении токовой нагрузки; 3) не выдерживают импульсных режимов разряда.
Конструкция. Конструктивно Zn-MnO2 чаще всего выпускаются в двух вариантах: «цилиндрическом» и «дисковом» (называемом также монетной или пуговичной конструкцией). Здесь показан разрез цилиндрического набивного элемента:
|
|
1 – отрицательный электрод (Zn) 2 – положительный электрод – брикет из спрессованной активной массы (MnO2 + углерод), увлажненный электролитом (NH4Cl + ZnCl2 + H2O + загуститель (крахмал)), в центре которого расположен токоотвод 3 – угольный стержень 4 – бумажный сепаратор с электролитной пастой 5 – газовая камера для сбора газов, выделяющихся при разряде и саморазряде 6 – изоляционная прокладка 7 – полимерный или картонный футляр |
Снаружи находится пластиковый или картонный футляр, или же дополнительный стальной корпус. Почти всё внутреннее пространство занято катодом, тем не менее, данная конструкция является Катодноограниченной, т. к. здесь Zn – конструкционный материал, взятый в избытке, анод не расходуется полностью.
В дисковых элементах со стальным корпусом (см. рисунок) цинк не является конструкционным материалом и его требуется в 2 – 3 раза меньше.
Обозначение типоразмеров цилиндрических ХИТ
|
Æ, мм |
Высота, мм |
Объем, См3 |
МЭК* |
США |
Россия |
|
10.5 |
3 |
R08 |
O |
||
|
10.5 |
44.5 |
R03 |
AAA |
||
|
14.5 |
50.5 |
8.34 |
R6 |
AA |
316 |
|
26.2 |
50 |
R14 |
C |
343 |
|
|
34.2 |
61.5 |
56.5 |
R20 |
D |
373 |
*МЭК – международная электротехническая комиссия.
Для цилиндрических и дисковых (пуговичных) элементов используется также система обозначений из 4 или 5 цифр, например: типоразмер 1225 означает Æ 12 мм, h = 2.5 мм, типоразмер 18650 = Æ 18 мм, h = 65.0 мм.
Характеристики Zn - MnO2 элементов. Для Zn - MnO2 элементов характерна сильная зависимость разрядной емкости от тока. Поэтому понятиями «номинальная емкость» и «номинальный ток» пользуются редко.
Разрядные кривые элемента 373 при комнатной температуре (V = 56.5 см3, W = 5.6 – 7.3 Вт×ч, Q = 3.8 – 4.9 А×ч).
Элемент 316 с объемом 8.34 см3 должен иметь энергию примерно 0.8 – 1 Вт×ч, емкость 0.5 – 0.7 А×ч. Удельная энергия системы Zn-MnO2 составляет 50 – 85 Вт×ч/кг или 100 – 165 Вт×ч/л. Это невысокие показатели. Тем не менее, относительная дешевизна элемента – это его основное преимущество.
Температурный предел работоспособности элементов Лекланше около –200С (ниже не работают). Сохранность заряда (емкости) – от нескольких месяцев до 1 – 3 лет. Сохранность сильно зависит от температуры хранения (2 – 3 месяца при 450С приравниваются к 1 году при 250С). При –200С могут храниться годами без существенного снижения показателей.
Разрядные характеристики элемента 373 при различных температурах (I = 10 мА).
