Состав серебряно цинковых аккумуляторов

Серебряно-цинковые элементы питания

Серебряно-цинковые батарейки по своим техническим показателям превосходят аналогичные устройства других типов. Они обладают высокой энергоемкостью, отличаются постоянством напряжения, длительными сроками хранения и эксплуатации, отсутствием токсичности.

История создания серебряно-цинковых элементов питания

Первую электрохимическую батарейку с элементами из серебра и цинка гениальный итальянский ученый-физик Вольта создал в далеком 1800 году. Но изобретение не получило распространения, применения на практике. В электродах возникал сильный саморазряд, не позволяющий регенерировать, использовать создающийся ток.

Еще одна попытка применить батарейки на практике была осуществлена в сороковых годах 19 века. Ученые изучили свойства цинка и серебра в электрохимической системе. Оптимальные результаты дали ампульные элементы питания. В них была встроена ампула для хранения электролита, который заливался в устройство в момент применения.

Особенности конструкции серебряно-цинковых батареек

Гальванический элемент питания включает цинковый анод и катод из оксида серебра. В качестве электролита в конструкции используется щелочной раствор. Это могут быть гидроксиды калия (KOH) или натрия (NaOH).

В создании положительного электрода используется чашка, изготовленная из никелевой сетки. В нее запрессовывается оксид серебра. Конструкция устанавливается в корпус гальванического элемента питания, после чего запрессовывается.

Отрицательный электрод изготавливается посредством запрессовки массы опилок из цинка в двухслойной армированной крышке. Ее наружная часть никелируется, а внутренняя подвергается лужению. Эти детали крышки соединяются при помощи точечной сварки. В целях надежной герметизации прокладывается кольцо из полипропилена или полиэтилена. Это позволяет получить цельную, прочную деталь батарейки.

В конструкции гальванического элемента анод и катод разделены сепараторами двух типов — целлофанового и бумажного. Они пропитываются цинкатной щелочной электролитной жидкостью.

В процессе разряда батарейки происходит двухступенчатое восстановление двухвалентной окиси серебра. В первом цикле проходит реакция, в результате которой получается одновалентный оксид серебра:

2AgO + 2e- + H2O = Ag2O + 2OH-

Нормативный потенциал процесса восстановления одновалентного оксида серебра +0,344В. Первая стадия поляризуется, происходит разряд, восстановление двухвалентного оксида серебра. Показатель его стандартного потенциала составляет +0,57В. Благодаря ступенчатому восстановлению окиси и металлизированного серебра сохраняется стабильное разрядное напряжение. Плотность тока составляет 1мА/см2.

Специфика работы серебряно-цинковых батареек

Рассмотреть принцип работы серебряно-цинковых батареек, оценить их преимущества можно на примере популярного щелочного элемента питания ЭСЦГД-0,2. Эти источники тока устанавливаются в электронные наручные часы, оборудованные светодиодной индикацией цифр.

Этим изделиям требуется миниатюрный источник тока, способный не оказывать существенного влияния на вес и размер часов, обеспечить разряд необходимой мощности. С такой задачей может справиться только серебряно-цинковый тип электрохимической схемы.

Батарейка ЭСЦГД-0,2 обладает минимальными габаритами. Ее высота 5,4мм, диаметр 11,6мм. В элементе питания содержатся катоды, изготовленные из окисей одновалентного и двухвалентного серебра с показателями 0,16А-ч и 0,25 А-ч соответственно. При токе 1 мА напряжение разряда составляет 1,56В.

В обычном режиме работы часов разрядка элемента питания осуществляется в условиях плотности тока в диапазоне от 15 до 25 мкА. В период индикации цифр на табло часов батарейка разряжается в виде импульса. Плотность тока в данный момент составляет 50 мА 1 см2. Способность миниатюрного прибора разряжаться при таком высоком показателе плотности тока присуща только серебряно-цинковым элементам.

Правила эксплуатации кнопочных источников питания этого типа:

• использовать элементы рекомендуется при температуре от – 10°C до +55°C;
• хранить батарейки можно при температуре от — 40°C до +60°C;
• период хранения – до 4-х лет;
• срок эксплуатации источников тока – 2-4 года.

В мире есть несколько производителей серебряно-цинковых элементов питания. Основными брендами являются: Sony, RENATA, ENERGIZER, MAXELL, VARTA.

Виды серебряно-цинковых батареек

Выпускается несколько видов серебряно-цинковых элементов питания. Они различаются по размерам, мощности, емкости. Определить предназначение элемента можно по его маркировке. Изделия типа MD могут функционировать в любом режиме энергопотребления. Батарейки HD устанавливаются в устройствах с неравномерным, высоким уровнем потребления энергии. Модели LD предназначены для приборов, которые отличаются равномерным, низким энергопотреблением. Для точного определения маркировки создаются специальные таблицы.

Применение серебряно-цинковых батареек

Эти элементы не получили обширного применения из-за высокой цены на серебро. Однако они используются там, где необходимы компактные размеры и экологическая безопасность. Они обеспечивают питание:

• наручным часам;
• материнским платам ноутбуков и компьютеров;
• миниатюрным фонарикам;
• калькуляторам;
• брелкам;
• лазерным указкам;
• музыкальным открыткам и сувенирам, и др.

Саморазряд у элементов питания этого типа невысокий. Во время разрядов большими токами остается постоянное напряжение. Показатель отдачи тока у них близок к 100%, энергетическая отдача составляет примерно 85%. Благодаря этим показателям до появления литиевых источников серебряно-цинковые батарейки широко использовались в военной, авиационной, космической технике.

Преимущества и недостатки батареек

Преимуществ у серебряно-цинковых элементов питания много. Основные достоинства устройств следующие:

• высокая устойчивость к внешним воздействиям;
• максимальные показатели удельной энергии;
• стойкость к высоким разрядным токам;
• стабильные показатели напряжения при разряде;
• невысокие параметры саморазряда, не превышающие 15% общей емкости за 1 месяц;
• удобная эксплуатация, установка;
• производство батарей не причиняет вреда окружающей среде, является экологически безопасным.

К недостаткам устройств этого типа можно отнести стоимость. Цена на серебряно-цинковые элементы питания намного выше, чем на аналогичные батарейки других видов.

Более широкое распространение получили аккумуляторы данного типа.

Небольшой экскурс в историю серебряно-цинковых аккумуляторных батарей

Прошло почти сто лет после открытия Вольта, прежде чем появилась идея создания аккумулятора из цинковых и серебряных электродов. Ее высказывал Юнгнер, являющийся автором никеле-кадмиевых батарей. Но в ту пору это предложение не было реализовано.

Работой над созданием серебряно-цинкового аккумулятора занялся французский физик Андре. Первый образец появился лишь после 20 лет напряженного труда. Однако у этого новаторского прибора, представленного ученым в 1943 году, был существенный недостаток. Электрод из цинка, установленный в батарее, растворялся, не позволяя эффективно использовать аккумулятор. Через пять лет Андре удалось усовершенствовать свое изобретение. Он нашел способ создания батареи, в которой цинковые электроды не были растворимыми.

Отличные технические показатели аккумуляторов обеспечивают им перспективность, расширение области применения. Ученые всего мира и сегодня ведут работы по совершенствованию этих конструкций.

Особенности конструкции серебряно-цинковых аккумуляторных батарей

Рабочие элементы аккумулятора расположены в полупрозрачной пластиковой емкости. В роли анода выступает пластина, изготовленная из оксида серебра. Катодом батареи являются пластины, созданные из окиси цинка и цинкового порошка. Условия для аккумулирования зарядов создает электролитная среда. Это едкий калий, растворенный в воде в определенной концентрации.

Серебряный положительный электрод требуется защитить от активной щелочной среды. Для этого пластина анода помещается в конверт, созданный из прочного лозного материала, не пропускающего электролит.

Катоды заключены в упаковку из целлюлозных волокон. Ее структура обеспечивает проникновение раствора едкого калия. Под его воздействием сепаратор разбухает, не позволяя цинковой отрицательной пластине оплывать. Он надежно защищает катод от проникновения серебряных частиц.

В этих типах аккумуляторов нет необходимости устанавливать дополнительные решетки. Пластины плотно прилегают друг к другу, стоят непосредственно на дне корпуса. Они обладают высокой прочностью.

Специфика структуры, материалов аккумуляторной батареи:

• исключает риск появления коротких замыканий;
• обеспечивает оптимальную площадь взаимодействия раствора электролита с электродами, высокую эффективность;
• устойчивость к механическим воздействиям извне, вибрации.

В этих устройствах используется небольшой объем электролита, что дает возможность придавать прибору любое нужное положение. Исключить вытекание раствора едкого калия позволяет плотная пробка.

Свойства аккумуляторов

Серебряно-цинковые аккумуляторы могут не терять своих свойств даже при отсутствии электролита. Восстановление рабочего состояния не требует существенных хлопот. Необходимо:

• внимательно осмотреть элементы устройства, убедиться, что отсутствуют ржавчина и повреждения, не произошло короткое замыкание;
• влить в емкость электролит, для чего приготовить водный раствор едкого калия, имеющего плотность 1,4 г/см3;
• выполнить формировочные циклы заряда-разряда, сделать контрольный заряд, а затем рабочий.

Для ускорения процесса пропитки электролитов аккумулятор без крышек на заливочных отверстиях устанавливается в барокамеру. В процесс формирования включаются два полноценных цикла зарядки и разрядки. Полнота может контролироваться определением напряжения или временем, требуемым для полной зарядки. По нормативу напряжение должно быть около 2 В, разряжать батарею следует до показателя примерно 0,6-1,2 В.

В процессе эксплуатации источника тока необходимо проверять уровень электролита в емкости, так как для его работы анод и катод должны быть залиты. На корпусе аккумуляторной батареи имеются специальные отметки, благодаря которым несложно определить максимальный и минимальный уровень жидкости.

Благоприятной температурой для хранения этих источников тока является 6-10°C тепла. В условии отрицательных температур снижается напряжение в стадии разряда, емкость. Поэтому при необходимости использовать источник тока в морозы нужно обеспечить его обогрев.

Область использования серебряно-цинковых аккумуляторных батарей

Сфера применения аккумуляторов обусловлена их основными параметрами. Они незаменимы в устройствах, где требуется эффективный, компактный источник тока с небольшой массой. Главными потребителями этих типов АКБ являются следующие области деятельности:

• военная,
• авиационная,
• космическая,
• геофизическая,
• морская,
• научная.

Этими аккумуляторами оснащаются военные ракеты и морские торпеды, самолеты и вертолеты, морские суда дальнего плавания, космические устройства. Источники тока устанавливаются в геологическое оборудование, высокоточную вычислительную технику и т.д.

Обширную область применения аккумуляторных батарей обеспечивает большой модельный ряд устройств. Модели отличаются по размерам, техническим показателям.

Источник

Серебряно-цинковые аккумуляторы — в чём их особенность?

Первая батарейка, в состав которой входили серебро и цинк, была создана знаменитым ученым Вольтом еще в 1800 году. Но это изобретение не получило тогда практического применения. В электродах возник мощный самозаряд, не дающий возможности использовать получаемое электричество.

Через полвека попытку повторили. Вышло более успешно — так и появились ампульные батареи.

Зачем нужны добавки в пластинах аккумуляторов?

Добавки придают АКБ разные свойства, но их главное назначение — увеличение срока эксплуатации. Свинец — очень мягкий металл, он быстро разрушается. Ускорению этого процесса способствуют процесс зарядки, а также нагрев летом и охлаждение зимой. Для увеличения прочности батарее в нее добавляют другие материалы. Их доля не превышает 2% от общей массы пластин.

Сначала в свинец добавляли сурьму. Это дало эффект — пластины перестали сыпаться, срок их службы увеличился, появилась устойчивость к глубоким разрядам. Но у этой добавки есть один большой недостаток: при полном заряде аккумуляторная батарея выделяет газы. Это приводит к испарению воды из электролита и к уменьшению уровня в банках. За такими батареями нужно постоянно следить.

Добавление кальция уменьшало электролиз, а сам процесс начинался уже после зарядки АКБ. Испарение в этом случае все-таки есть, но незначительное. Большого обслуживания такой источник питания не требует, хотя есть один минус — небольшая устойчивость к глубоким разрядам.

Есть еще и гибридные добавки — когда в элементе используют кальциевые и сурьмянистые пластины. Кипение в этом случае уменьшается, устойчивость к глубоким разрядам повышается. Все бы хорошо, но подобный аккумулятор нуждается в постоянном обслуживании, поэтому ученые продолжили пытаться раскрыть возможности кальциевой батареи.

В пластины добавили немного серебра — так появились серебряные аккумуляторы.

Технологии Silver и Silver PLUS — что это?

Эти технологии предусматривают добавление незначительного количества серебра — примерно 0,3% от общего веса. Конечно, это приводит к увеличению цен батарей на 15-20%.

Посмотрим, сколько это в граммах. Средний вес АКБ — 13 кг. Если исключить корпус, останется около 10 кг. Примерно 33 гр при таком весе — серебро.

Некоторые считают, что в батареях целых 3% серебра, но это не так. Тогда бы абсолютное содержание драгоценного металла составило 330 грамм. Представляете, сколько бы стоила такая АКБ?

В Европе еще в середине 90 годов в кальциевые АКБ стали добавлять легирующие материалы — как правило, серебро. Процент его содержания (0,28-0,3) был определён опытным путем. Такие батареи сначаланазывали CA/AG, но позже маркетологи дали им более звучное название — Silver и Silver PLUS.

Что даёт добавление серебра?

Добавление серебра в элементы питания значительно повысило их устойчивость к разрядам. Если раньше 3 полных разряда «съедали» 50% емкости, то после модернизации емкостные потери стали минимальными даже после 10 глубоких разрядов.

Серебру не страшна коррозия — у него хорошая устойчивость к кислоте. При полном соблюдении условий эксплуатации АКБ такого вида будет служить на пару лет дольше.

Иногда производители называют их полностью необслуживаемыми. Это не совсем так, но расход воды в них действительно небольшой — доливать почти не надо.

Серебро снижает сопротивление электрода, и серебряно цинковые аккумуляторы (СЦА) заряжаются и разряжаются быстрее – сила тока растет на 5-6%, а емкость увеличивается на 4%. Пластины устойчивы к вибрации. Они тоньше, поэтому их можно поставить численно больше.

То, что АКБ не нужно обслуживать — большой плюс автолюбителей, не имеющих навыков ухода за оборудованием автомобиля. СЦА не требуют измерения плотности электролита. После установки о них можно забыть — лишь изредка уделять время подпитке.

Минусы серебряной технологии

Итак, добавление серебра дало СЦА значительные преимущества перед батареями других видов. Но, к сожалению, без минусов тоже не обошлось:

1. Завышенная цена. Возможно, для кого-то это несущественный фактор, но добавление серебра в цинковые батареи увеличивает их цены на 1 000-1 500 рублей.
2. Незначительное содержание серебра (0,28-0,3%).

Пожалуй, последний фактор нельзя назвать минусом в полной мере. Вот вопрос: почему бы не увеличить содержание серебра — ведь это привело бы к улучшению характеристик?

Это невозможно выполнить технически. Пластины изготавливаются путем штампования из закрученной в рулон ленты. Отливать их невозможно, поскольку повышенная температура уничтожит структуру кальция. А если добавить хотя бы 1% серебра в ленту, это приведет к образованию на ней микротрещин — она потеряет эластичность.

В каких аккумуляторах есть серебро?

На некоторые АКБ нанесена надпись «Gold», но это не значит, что они содержат золото. Содержание драгоценных металлов в пластинах не подлежит стандартизации, и маркер «Gold» — маркетинговая уловка. Производителей за это никто не наказывает — вот они и стараются, кто во что горазд.

Оксид серебра в аккумуляторах используется, хоть его и немного. Его добавляют в свои изделия многие производители — например:

• Varta;
• Bosch;
• Black Horse;
• Титан (российское производство).

Но реальной добавки драгоценного металла может и не быть. Уточняйте эту информацию на сайтах изготовителей или в центрах продажаккумуляторных батарей — там есть бесплатные тематические брошюры. А то, что золота в АКБ нет — это точно. Иначе их стоимость была бы заоблачной.

СЦ, СЦ-25, СЦС, СЦК, СЦД — виды вторичных источников тока, в состав которых входят цинк и серебро. Цель их создания — устранение недостатков кислотных и щелочных батарей. Их энергоемкость впечатляет, они вырабатывают ток значительной силы. Приобретать такую или сэкономить, купив обычную АКБ — личное дело каждого. Но помните: сиюминутная экономия может привести к большим расходам в будущем.

Источник