Chemiczne źródła prądu

Budowa i działanie ogniw galwanicznych i akumulatorów

Pomiar pojemności różnych baterii

Chemiczne źródła prądu możemy podzielić na:
•

•

•
•

•

•
•

•

•
•

Źródła pierwotne (ogniwa); które dostarczają energii w wyniku reakcji chemicznych zużywających
ich elementy i składniki chemiczne w sposób nieodwracalny
Źródła wtórne (akumulatory); które oddają energie dostarczoną im w czasie ładowania.

Najczęściej spotykanym źródłem pierwotnym są ogniwa kubkowe manganowo – cynkowe, tzw.

suche (ogniwo Leclanchego). Ogniwo takie składa się z kubka cynkowego, będącego jednocześnie jego
obudową i elektrodą ujemną, oraz z elektrody dodatniej w postaci pałeczki węglowej włożonej w wore-
czek z depolaryzatorem (MnO

2

) oraz elektrolitu. Depolaryzator ma za zadanie wiązanie wydzielającego

się w czasie rozładowywania ogniwa wodoru powodującego zmniejszenie SEM ogniwa. Elektrolitem jest
chlorek amonu (NH

4

Cl). Wyżej opisaną budowę mają ogniwa R1 – R20.

Nieco inną budowę mają ogniwa zasadowe manganowo – cynkowe (baterie alkaliczne). Ogniwo

zamknięte jest w obudowie stalowej stanowiącej elektrodę dodatnią. Elektrodą ujemną jest pręcik stalowy
włożony do woreczka z opiłkami cynkowymi. Pozostałą przestrzeń wypełnia depolaryzator z grafitem.
Elektrolitem jest zasada potasowa (KOH). Powyższą budowę mają wszystkie ogniwa oznaczone literą
„L”, np. LR6. Są znacznie wydajniejsze od ogniw suchych.

Z wtórnych źródeł zasilania stosuje się akumulatory kadmowo – niklowe (Ni Cd). Elektrolitem

jest wodorotlenek potasu z dodatkiem wodorotlenku litu. Nasycone są nim obie elektrody i separator.
Elektrody wykonane są ze sprasowanego proszku zamkniętego w woreczkach z niklowej siatki drucianej.
Pojemność tego typu akumulatora będącego odpowiednikiem „paluszka” (R6) nie przekracza 1000 mAh.

AKUMULATORY (Ni – MH) !!!!!!

Oznaczenia

Ogniwa oznaczane są kodem literowo cyfrowym składającym się z jednej lub dwóch liter i liczby jedno-
lub dwucyfrowej. Pierwsza litera oznacza rodzaj ogniwa:

A – ogniwo, w którym depolaryzatorem jest tlen z powietrza, a elektrolitem chlorek amonowy
M – ogniwo rtęciowe, w którym depolaryzatorem jest tlenek rtęci, a elektrolitem KOH
L – ogniwo alkaliczne, w którym depolaryzatorem jest dwutlenek manganu, a elektrolitem KOH.
S – ogniwo srebrowe, w którym elektrolitem jest KOH
C – ogniwo litowe

Brak pierwszej litery oznacza ogniwo, w którym depolaryzatorem jest dwutlenek manganu, a elektrolitem
jest chlorek amonowy.
Druga litera oznacza typ baterii i jej kształt:

R – ogniwo kubkowe, walcowe
F – ogniwo płytowe prostopadłościenne
S – ogniwo prostopadłościenne

Liczby występujące po tych literach oznaczają rozmiary ogniwa.

Ogniwa galwaniczne

Elektroda

Ogniwo

Dodatnia Ujemna

Elektrolit

Depolaryzator

SEM (V)

W (kJ / kg)

Reakcja

chemiczna

Daniella

Zn/ZnSO

4

//CuSO

4

/Cu

Cu

Zn

E: 10 – 20 % roztwór H

2

SO

4

D: roztwór CuSO

4

0,95 – 1,04 V

b.d.

Zn + CuSO

4

→ ZnSO

4

+ Cu

Zn + Cu

2+

→ Zn

2+

+ Cu

Leclanchego

Zn/NH

4

Cl/MnO

2

, C

Pałeczka

węglowa

Cylinder

Zn

E: roztwór salmiaku (NH

4

Cl)

D: MnO

2

(brausztyn)

1,53 V

150 – 420 kJ/kg

Zn + 2MnO

2

+ 2NH

4

Cl →

[Zn(NH

3

)

2

]Cl

2

+ Mn

2

O

3

+ H

2

O

Westona

Hg

Cd

ab

E: Nasycony roztwór KCl,
Hg

2

SO

4

i CdSO

4

D: pasta Hg

2

SO

4

i CdSO

4

1,0181 V

patrz przyp. D

3Cd + 3Hg

2

SO

4

+ 8H

2

O → 6Hg +

3CdSO

4

• 8H

2

O

Clarka

Hg

Zn

ae

E: Nasycony roztwór KCl,
Hg

2

SO

4

i ZnSO

4

D: pasta Hg

2

SO

4

i ZnSO

4

1,4198 V

patrz przyp. D

3Zn + 3Hg

2

SO

4

→ 3ZnSO

4

+ 6Hg

Rubena

Hg + HgO sprasowany

pył Zn

E: roztwór KOH

D: -

1,34 V

450 kJ/kg

HgO + Zn + 2KOH → Hg + K

2

[ZnO

2

] +

H

2

O

Litowo – siarkowe

Li/LiClO

4

/TiS

2

Siarka z

grafitem

Lit

E: sole litu (LiClO

4

) w rozpusz-

czalnikach organicznych.

D: -

2,48 V

2600 kJ/kg

Li

+

+ e

-

→ Li

Wytworzony lit wbudowuje się w sieć

krystaliczną TiS

2

2Li + (1 + x)S → Li

2

S

(1+x)

•

•

•
•

•

A: amalgamat
B: 4% Hg
C: 12,5% Hg
D: stosowane jako wzorzec napięcia, a nie jako źródło zasilania
E: 7% Hg

W – gęstość energii użytecznej

Baterie suche

Parametry przed

rozładowaniem

Czas pracy

Pojemność

(mAh)

Nazwa Cena

(zł)

Napięcie (V) Natężenie (A)

Rozładowanie
do 1 V

Rozładowanie

całkowite

Rozładowanie do

1 V

Rozładowanie

całkowite

1,63

2,89

5h

7h

1000 mAh

1400 mAh

Kodak R6

0,85

1,63

2,8

4,5

7,5h

900 mAh

1500 mAh

1,57

2,41

1,3h

2,3h

265 mAh

460 mAh

Cybercell

Duvacell

1

R6

0,4

1,58

2,35

1h

2,3h

200 mAh

460 mAh

1,65

3,3

3h

4h

600 mAh

800 mAh

Justa R6

0,5

1,66

3,15

3h

4h

600 mAh

800 mAh

1,65

3,05

5,5h

7,5h

1100 mAh

1500 mAh

Panasonic Spe-

cial R6

1

1,65

2,88

5h

7h

1000 mAh

1400 mAh

Wonder Ultra R6

(Energizer)

0,7

1,67

3,27

6,5h

8h

1300 mAh

1600 mAh

LongLife

Philips R6

0,8

1,57

2,83

5h

6,5h

1000 mAh

1300 mAh

Philips Super

R14

1,5

1,59

3,4

• 1 – wszystkie baterie suche (chińskie itp.) wyglądające jak baterie Duracell

Baterie alkaliczne

Parametry przed

rozładowaniem

Czas pracy

Pojemność

(mAh)

Nazwa Cena

(zł)

Napięcie (V) Natężenie (A)

Rozładowanie
do 1 V

Rozładowanie

całkowite

Rozładowanie do

1 V

Rozładowanie

całkowite

Sony Alkaline

LR6

1,9

1,61

5,45

19h

22,5h

3800 mAh

4500 mAh

Duracell LR6

2,5

1,6

3,3

19h

20h

3800 mAh

4000 mAh

GP Alkaline LR6

1,8

1,55

4,8

19h

21h

3800 mAh

4200 mAh

Cena baterii w przeliczeniu na 1000 mAh

Nazwa baterii

Cena 1000 mAh

GP Alkaline LR6

0,47

Sony Alkaline LR6

0,5

Wonder Ultra R6 (Energizer)

0,53

Duracell LR6

0,65

LongLife Philips R6

0,8

Justa R6

0,83

Kodak R6

0,85

Panasonic Special R6

0,95

Cybercell 1,6

Autor: Piotr Maliński

www.pchem.prv.pl