Akumulator cynkowo-powietrzny
Akumulator cynkowo-powietrzny to typ akumulatora elektrycznego, który oparty jest na ogniwach galwanicznych składających się z elektrody cynkowej, porowatej membrany z węgla aktywnego oraz stężonego roztworu wodnego wodorotlenku potasu (KOH, rzadziej NaOH), pełniącego rolę elektrolitu.
Ten rodzaj akumulatora jest stosunkowo nowy i wciąż znajduje się w fazie badań. Jego budowa jest podobna do jednorazowych ogniw cynkowo-powietrznych, które są powszechnie wykorzystywane jako źródło energii w aparatach słuchowych oraz urządzeniach przywoławczych.
Konstrukcja i działanie
Tradycyjny akumulator cynkowo-powietrzny składa się z zestawu wymiennych elektrod cynkowych oraz porowatej membrany z węgla aktywnego, która oddziela elektrolit od powietrza atmosferycznego.
Każde ogniwo generuje siłę elektromotoryczną wynoszącą 1,65 V.
Moc jednego ogniwa zależy od całkowitej powierzchni elektrod cynkowych.
Rozładowanie
Podczas poboru prądu w ogniwie zachodzą następujące reakcje chemiczne na elektrodach:
Na elektrodzie ujemnej (anodzie) zachodzi reakcja utleniania:
Zn + 4OH− → Zn(OH)2−4 + 2e− ε0 = −1,25 V
Zn(OH)2−4 → ZnO + H2O + 2OH−
Na elektrodzie dodatniej (katodzie) zachodzi reakcja redukcji:
O2 + 2H2O + 4e− → 4OH− ε0 = 0,4 V
Sumarycznie mamy:
2Zn + O2 → 2ZnO ε0 = 1,65 V
Niepożądaną reakcją uboczną jest nieodwracalna korozja cynku z wydzieleniem wodoru: Zn + 2H2O → Zn(OH)2 + H2↑
Katodą w procesie rozładowania jest tlen atmosferyczny, który jest absorbowany przez membranę z węgla aktywnego i reaguje w kontakcie ze środowiskiem elektrolitu. Całkowite rozładowanie akumulatora następuje, gdy elektroda cynkowa zostaje całkowicie przekształcona w wodorotlenek cynku.
Akumulator ten działa w systemie otwartym, co oznacza, że dostęp do powietrza jest niezbędny do jego pracy.
Ładowanie
Podczas ładowania zachodzą te same reakcje, ale w przeciwnym kierunku. Na elektrodzie ujemnej, która w tym procesie pełni rolę katody, osadza się cynk metaliczny, natomiast na elektrodzie dodatniej (anodzie) dochodzi do wydzielania tlenu.
W trakcie ładowania z akumulatora uwalniany jest tlen.
Wydajność
Akumulatory cynkowo-powietrzne mogą zgromadzić od 2 do 3 razy więcej energii niż najpopularniejsze w 2006 roku akumulatory litowo-polimerowe. Ich sprawność zależy od powierzchni kontaktu tlenu z elektrodą węglową oraz rozmiaru elektrody cynkowej (większa powierzchnia ułatwia wymianę elektronów z elektrolitem).
Zalety
- wysoka gęstość energii na kilogram masy akumulatora
- tanie surowce do produkcji
- niski poziom samorozładowania zabezpieczonego akumulatora (<2% rocznie)
- możliwość poboru dużych prądów
- w przypadku rozładowania akumulatora istnieje możliwość „mechanicznego naładowania” poprzez wymianę zużytej katody cynkowej na nową
Wady
- słaba odporność na skrajne temperatury oraz wilgoć
- negatywny wpływ CO2, który zwiększa opór wewnętrzny akumulatora
- wysoki poziom samorozładowania niezabezpieczonego akumulatora (tj. przy dostępie powietrza)
- higroskopijność akumulatora
- wysoki opór wewnętrzny podczas poboru dużych prądów
Loading ...