Воздушно-цинковый элемент

Воздушно-цинковый элемент — гальванический элемент, в котором в качестве анода используется — газовый (воздушный электрод), электролит — водный раствор гидроксида калия (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.

Воздушно-цинковый элемент
Воздушно-цинковые элементы с цветовым кодированием
Удельная энергоёмкость	1350 Вт·ч/кг
Удельная энергоплотность	более 450 Вт·ч/дм³
Удельная мощность	5000 Вт/кг
Саморазряд	большой
Электродвижущая сила	1,65 В
Рабочая температура	-20…+35 °С
Медиафайлы на Викискладе

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.

диаметр, мм	высота, мм	МЭК-код	Renata	Varta	Rayovac	Panasonic
11,6	5,4	PR44	ZA675	V675A	DA675	PR675
7,9	5,4	PR48	ZA13	V13A	DA13	PR13
7,9	3,6	PR41	ZA312	V312A	DA312	PR312
5,9	3,6	PR70	ZA10	V10	DA230	PR230

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)₂^2- + 2e.

Zn(OH)₂^2- → ZnO + 2OH^- + H₂O.

Конструкция

Схема поперечного сечения воздушно-цинкового элемента: A — сепаратор, B — анод (цинковый порошок), C — защитный кожух анода, D — изолятор, E — защитный кожух катода, F — отверстие для воздуха, G — катодный катализатор и коллектор тока, H — слой распределения воздуха, I — полупроницаемая мембрана

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.

Навигационный буй латеральной системы. Красный фонарь на вершине буя получает питание от батареи воздушно-цинковых элементов «Бакен-ВЦ», размещенной в сухом отсеке внутри буя

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