1 مقدمه
اولین باتری های آلکالاین در سال 1949 توسط شرکت Eveready Battery تولید و وارد بازار شد. در دهه های 1960 و1970 میلادی ، این نوع باتری به سرعت و به صورت فزاینده تبدیل به انتخاب محبوب مشتریان در حوزه ی وسایل الکتریکی شد.
سلول های روی / پتاسیم هیدروکسید/ منگنز دی اکسید، مشهور به سلول های آلکالاین یا منگنز دی اکسید ، بازدهی انرژی بالاتری نسبت به سلول های کربن زینک (لکلانژه) دارند. از مزایای دیگر این نوع باتری می توان به دوام در فروشگاه بالاتر، مقاومت در برابر نشتی بالاتر عملکرد بهتر در دماهای پایین تر اشاره کرد. در مقایسه با سلول های زینک کربن ، سلول های آلکالاین تا ظرفیت حداکثر حدود 10 برابر آمپر ساعت و شرایط تخلیه ی پیوسته را دارند و با داشتن عملکرد بهتر در دمای پایین ، نسبت به تمامی انواع سلول های اولیه ی داراری الکترولیت آبی برتری می یابند. بسته بندی مناسب و ایمن این نوع باتری باعث شده تا در برابر نشتی و زنگ زدگی نیز مقاومت بالاتری داشته باشد.
استفاده از الکترولیت آلکالاین ، منگنز دی اکسید و پودر زینک با واکنش پذیری بالاتر باعث می شود تا هزینه ی اولیه تولید این سلول ها نسبت به سلول های زینک کربن بالاتر برود. هرچند به علت عمر مفید مصرفی این سلول ها، نسبت هزینه بر ساعت این سلول ها کمتر است. مواد اولیه ی استفاده شد ه در کاتد و آند در همراهی با الکترولیت رسانا تر این نوع سلول ها باعث می شود تا انرژی قابل ذخیره در این نوع از سلول ها نسبت به سلول های کربن زینک افزایش یابد.
2 ویژگی های عمومی باتری آلکالاین
ویژگی های عمومی که در جدول زیر آورده شده ، خلاصه ای از مزایای سلول های آلکالاین منگنز دی اکسید می باشد. هر کدام از این مزایا در قسمت های بعدی به تفصیل آورده شده است . این خلاصه موجب می شود تا طراحان ایده ای از طرح کلی برای ارزیابی آلکالاین-منگننز دی اکسید برای کاربرد های خاص داشته باشند.
مزایا شامل
- تا حدود 10 برابر بازدهی و عمر مفید نسبت به سلول های کربن زینک
- عمر مفید بالاتر تحت تخلیه ی دائم
- عدم نیاز به ” دوره های استراحت”
- مقاومت داخلی کم
- ساختار مقاوم
- مقرون به صرفه در درازمدت
- عملکرد بهتر در دمای پایین
- مقاومت به نشتی عالی
- عمر طولانی مدت در فروشگاه
- دسترسی آسان برای خرید در سطح جهانی
3 ساختار و ترکیبات شیمیایی
ساختار و ترکیبات شیمیایی سلول های آلکالاین ( آلکالاین های متداول بازار) در قسمت های 3-1 تا 3-4 آورده شده است.
3 – 1 اجزا ی فعال
اجزای فعال شیمیایی عباتند از :
- آند :پودر زینک با خلوص بالا
- کاتد : منگنز دی اکسید
- الکترولیت : محلول غلیظ پتاسیم هیدروکسید
در طی مدت دشارژ سلول ، منگنز دی الکسید غنی شده با اکسیژن با فلز زینک واکنش می دهد . در اثر این واکنش شیمیایی زینک تبدیل به زینک اکسید شده و یون های آزاد شده از واکنش شیمیایی ، از طریق الکترولیت رسانا منتقل می شوند.
Zn + 2MnO2 – ZnO + Mn2O3
3-2 آند
ماده ی تشکیل دهنده ی آند این نوع سلول پودرفلز روی( زینک ) می باشد. تولید پودر زینک با دقت بالا کنترل می شود تا از خلوص شیمیایی و اندازه ی مناسب و صحیح ضرات اطمینان حاصل شود، در نتیجه سطح مقطع مناسب در حین واکنش شیمیایی تضمین می شود.سطح مقطع اقزایش یافته ، ارتباط ذره به ذره ی بیشتری را در آند فراهم می آورد. همین امر باعث کاهش مقاومت داخلی و افزایش ظرفیت باتری می شود.
3-3 کاتد
ماده ی تشکیل دهنده ی کاتد این نوع سلول ، پودر منگنز دی اکسید می باشد که به صورت مصنوعی در طی گذر از مراحل الکترولیت سازی بدست می آید. خلوص و دسترسی به اکسیژن در این نوع فرآیند مصنوعی بسیار بالاتر از مواد طبیعی می باشد.این امر به بالا بردن ظرفیت سلول و بهبود عملکرد آن کمک شایانی می کند.
مواد افزودنی در بخش هایی از ساختار آند به کار می روند تا عملکرد کاتد را بهبود بخشند. برای مثال گرافیت با منگنز دی اکسید ترکیب می شود تا رسانایی آن بالاتر برود. وقتی کاتد با مواد دیگری ترکیب می شود، ا منگنز دی اکسید الکترولیتی ، کاتدی را می سازد که رسانایی قوی دارد و همین باعث عملکرد عالی در دماهای مختلف و کاربرد های متفاوت می شود.
3-4 الکترولیت
الکترولیت شامل یک محلول غلیظ آبی پتاسیم هیدروکسیدی است که زینک اکسید به آن اضافه شده تا زنگ زدگی زینک را به تعویق بیندازد. این امر از حل شدن آند از جنس زینک جلوگیری می کند و در نتیجه مدت زمان نگهداری در فروشگاه بالا می رود. در بعضی از طراحی ها ، یک الکترولیت ژلی با اضافه شدن یک عامل شیمیایی ژلی بدست می آید . این نوع الکترولیت معروف به آلکالاین در برابر الکترولیت سلول های زینک کربن که اسیدی هستند قرار می گیرد. محلول غلیظ آبی پتاسیم هیدروکسید ، حرکت یونی بالاتر با نقطه انجماد پایین تر را نتیجه می دهد.
4 ساختار داخلی
هرچند که اجزای فعال در سلول های آلکالاین اساسا با سلول های زینک کربن مشابه است، تفاوت های فاحشی میان الکترولیت و ساختار داخلی این دو نوع سلول وجود دارد. طراحی داخلی پیچیده به همراه ساختار الکترولیت آلکالاینی ، عملکرد بهتر و بالاتر را به ارمغان می آورد.
ساختار داخلی این نوع سلول در بخش های 4-1 تا 4-3 توضیح داده شده است .
4 – 1 ساختار داخلی استوانه ای سلول
یک سلول به طور معمول از اجزای فعال و الکترولیت آلکالاین که در یک محفظه ی استیلی که با فلز نیکل روکش شده است قرار دارد تشکیل شده است.
مخلوط پودری منگنز دی اکسید کاتد به دیواره ی داخلی محفظه ی استیلی با یکی از دو روش زیر پرس شده است.
- پرس کردن پودر غیر فشرده کاتد به دیواره ی داخلی محفظه ی استیلی تحت فشار بالا
- آماده سازی پودرکاتد غیر فشرده درگلوله های حلقوی با چگالی بالا که داخل قوطی قرار می گیرند و سپس دوباره فشرده می شوند تا با دیواره ی سلول تماس برقرار کنند.
قسمت اول این مطلب در اینجا به پایان رسید ، قسمت پایانی در مقاله بعدی در همین سایت قرار دارد که می توانید مطالعه بفرمائید.
بدون دیدگاه