Akumulator cynkowo-powietrzny

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania

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

\mbox{Zn} +\mbox{OH}^{-} \leftrightarrow \mbox{Zn(OH)}_{2} +2e^- \quad\epsilon^o = -1,25 V

katoda - redukcja

\mbox{O}_{2} +\mbox{2H}_{2}\mbox{O} +4e^- \leftrightarrow \mbox{4OH}^{-} \quad\epsilon^o = 0,4 V

sumarycznie:

\mbox{2Zn} +\mbox{O}_{2} \leftrightarrow \mbox{Zn(OH)}_{2} \quad\epsilon^o = 1,65 V

W trakcie ładowania zachodzą dokładnie takie same reakcje, tyle że w drugą stronę.

Jak widać, 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