Akumulator cynkowo-powietrzny

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj

Akumulator cynkowo-powietrzny – rodzaj akumulatora elektrycznego, opartego na ogniwach galwanicznych zbudowanych z elektrody cynkowej, porowatej membrany z węgla aktywnego oraz stężonego roztworu wodnego wodorotlenku potasu, spełniającego rolę elektrolitu.

Akumulator cynkowo-powietrzny jest stosunkowo nowym typem akumulatora, będącym wciąż w fazie badań. Budowa jest zbliżona do jednorazowych ogniw cynkowo-powietrznych, stosowanych masowo jako źródło prądu w aparatach słuchowych i urządzeniach przywoławczych.

Konstrukcja i działanie[edytuj | edytuj kod]

Klasyczny akumulator cynkowo-powietrzny składa się z zestawu wymiennych elektrod cynkowych spełniających rolę anody, oraz porowatej membrany z węgla aktywnego, będącego jednocześnie przegrodą między elektrolitem a powietrzem atmosferycznym. Każde ogniwo generuje siłę elektromotoryczną równą 1,65 V. Moc pojedynczego ogniwa zależy od sumarycznej powierzchni elektrod cynkowych.

W ogniwie tym, w trakcie poboru prądu zachodzą następujące reakcje chemiczne na elektrodach:

anoda (utlenianie):

Zn + 2OHZn(OH)2 + 2e     ε0 = −1,25 V

katoda (redukcja):

O2 + 2H2O + 4e ⇌ 4OH     ε0 = 0,4 V

sumarycznie:

2Zn + O2Zn(OH)2     ε0 = 1,65 V

W trakcie ładowania zachodzą takie same reakcje w przeciwnym kierunku.

Katodą w procesie rozładowania jest atmosferyczny tlen absorbowany na membranie z węgla aktywnego i ulegający reakcji w kontakcie ze środowiskiem elektrolitu. Stan całkowitego rozładowania akumulatora polega na całkowitym przekształceniu elektrody cynkowej w wodorotlenek cynku. W procesie ładowania, z akumulatora jest uwalniany tlen do atmosfery.
Akumulator ten pracuje w systemie otwartym, tj. do jego pracy wymagany jest dostęp powietrza.

Akumulatory te są bardzo obiecujące pod względem ilości magazynowanej energii – w kilogramie masy akumulatora potrafią zgromadzić 2–3 razy więcej energii niż obecnie (2006) najpopularniejsze akumulatory litowo-polimerowe. Sprawność akumulatora zależy od powierzchni kontaktu tlenu z elektrodą węglową oraz wielkości elektrody cynkowej (większa powierzchnia ułatwia wymianę elektronów z elektrolitem.

Obecnie prace badawcze koncentrują się na wersjach rozwojowych tego akumulatora – obecnie produkuje się wyłącznie jednorazowe ogniwa cynkowo-powietrzne używane przede wszystkim w aparatach słuchowych i urządzeniach przywoławczych.

Zalety[edytuj | edytuj kod]

  • wysoka gęstość energii na kg masy akumulatora
  • tanie surowce do produkcji
  • niski poziom samorozładowania zabezpieczonego akumulatora (<2%/rok)
  • możliwość poboru dużych prądów
  • w przypadku rozładowania akumulatora możliwe "mechaniczne naładowanie" poprzez wymianę zużytej katody cynkowej na nową

Wady[edytuj | edytuj kod]

  • słaba odporność na skrajne temperatury oraz wilgoć
  • negatywny wpływ CO2 zwiększający opór wewnętrzny akumulatora
  • wysoki poziom samorozładowania niezabezpieczonego akumulatora (tj. przy dostępie powietrza)
  • higroskopijność akumulatora
  • wysoki opór wewnętrzny podczas poboru dużych prądów