Срібло-цинковий акумулятор

Срібло-цинковий акумулятор — електричний акумулятор з категорії вторинних батарей, принцип роботи якого заснований на електрохімічних реакціях срібла і окису цинку в лужному середовищі.

Срібло-цинкові акумулятори по своєму влаштуванні мають багато спільного з безламельними кадмієво-цинковими акумуляторами.^[1] Являють собою одну із різновидностей лужних акумуляторів.^[2] Їх питомі характеристики у декілька разів перевершують досягнуті у свинцевих і нікель-кадмієвих.^[3]

Негативно заряджені пластини срібно-цинкових акумуляторів виконують переважно з окису цинку, а позитивно заряджених — з відновленого срібла. Електроліт — розчин їдкого калію. Різниця потенціалів одного срібно-цинкового акумуляторного елемента становить близько 1,5 В.^[4] Корпуси срібно-цинкових акумуляторів виготовляють з пластмаси.^[4] Напівпрозорі корпуси дозволяють слідкувати за рівнем електроліту в них.^[1]

Срібло-цинковий акумулятор СЦ-25.
На фото можна побачити:
- контейнер з пластмаси;
- два вивідних затискачі;
- водонепроникна пробка;
- в коробці — негативні і позитивні електроди

Історія

Для широкого поширення і промислового виготовлення цих акумуляторів знадобилося більш ніж півстоліття. Лише 1943 року французький вчений Анре створив спеціальний цинковий електрод, нерозчинний у лужному електроліті.^[1] До цього часу спроби створення срібно-цинкових акумуляторів закінчувались невдачею через незворотнє розчинення цинкового електроду і проростання дендритів срібла, відновлюваного з окису срібла надлишком водню ^[1].

Створений нерозчинний в електроліті цинковий електрод являє собою окис цинку і цинкового пилу. При окисленні цього електроду пори пластин заповнюються гідроокисом і окисом цинку, нерозчинними в малій кількості електроліту.

Будова

Для срібло-цинкових акумуляторів характерні прямокутна форма корпусу, плоскопаралельне розташування електродів і матричний електроліт.^[5]

Влаштування срібно-цинкового акумулятора наступне: в пластмасовому контейнері поміщені негативні і позитивні електроди, складені із окремих пластин. Негативні електроди складені із пластин окису цинку, які поміщені в захисні пакети із пластмаси, яка добре пропускає електроліт і затримує металеві частинки.^[2] Позитивні електроди виготовлені із чистого срібла. Електроди жорстко з'єднані з вивідними затискачами, добре проводячими струм шинами, надійно утримуючими взаємне розташування електродів всередині контейнера. При такому кріпленні немає потреби в підтримуючих сітках або решітках, якими зазвичай фіксують місцезнаходження пластин в акумуляторах різних типів.^[2]

Електроліт — розчин гідроксиду калію. При формуванні акумуляторів у процесі їх виробництва в електроліті в результаті взаємодії окису цинку з гідроокисом калію утворюється цинкат калію, який є сіллю неіснуючої у вільному стані цинкової кислоти.^[2] Цинкат калію розчиняється у воді, а окис цинку в воді нерозчинний.

Вільна кількість електроліту, який необхідний для нормальної роботи акумулятора, не є великою. Це дозволяє використовувати акумулятор як напівсухий, експлуатуючи його в будь-якому положенні (горизонтальному чи вертикальному).^[2] Пробка, якою закривається місткість контейнера, водонепроникна і відкривається лише на час зарядки; при цьому акумулятор повинен знаходитись у вертикальному положенні.

Хімічні реакції

Хімічна реакція полягає в наступному:

Реакція з позитивним електродом і негативним електродом:

Катод Ag₂O + H₂O + 2e^- → 2Ag + 2OH^-

Анод Zn + 2OH^- → ZnO + H₂O + 2e^-

Особливості срібло-цинкових акумуляторів

На початку розрядки акумулятора спостерігається дещо підвищена напруга, що пояснюється присутністю перекису срібла. Як тільки перекис срібла перейде в окис, напруга стає постійною і не змінюється до кінця розрядки.^[2] При напрузі 1,5 В відбувається перехід окису срібла в чисте срібло. Утворення перекису срібла під час зарядки акумулятора супроводжується підвищенням напруги на акумуляторі в результаті різниць концентрації вільних електронів в матеріалах електродів.

Срібно-цинкові акумулятори допускають значну щільність струму, завдяки чому можна знімати високі струми з акумулятора малих розмірів. Завдяки малому внутрішньому опору срібно-цинковий акумулятор ємністю 0,5 А·год може забезпечувати в короткотривалому імпульсі струм до 600 ампер. Ці акумулятори володіють стабільною напругою при розрядці інтенсивними режимами, що пояснюється малою поляризацією електродів і тим, що в процесі розряду активна маса позитивного електроду перетворюється в металічне срібло, від чого електропровідність електрода збільшується.^[3] Окрім того, вони мають високу віддачу по енергії, яка досягає 85 %, і віддачу по струму, близьку до 100 %.^[3] За літературними даними струм при негайній розрядці акумуляторної батареї ємністю 85 А·год становить 600 ампер, а при короткотривалих розрядах — до 2000 А.^[2] Розміри такої акумуляторної батареї становлять 400×200×265 мм при загальній вазі 29 кг.^[2]

Акумулятори достатньо добре працюють при температурі до -59 °С, тобто до повного замерзання електроліту.^[2](за іншими даними, вони погано працюють при низьких температурах^[3]) Верхньою температурною межею можна вважати відмітку +80 °С. При цьому акумулятори добре переносять відносно великі перепади тиску зовнішнього середовища. Нормальними температурними межами роботи акумуляторів вважають -30 і +70 °С.^[2]

Заряджені акумулятори можуть зберігатись протягом довгого часу, мало змінюючи свою ємність завдяки невеликому саморозряду. При зберіганні акумулятора протягом одного року ємність заряду зменшується на 20-30 % відносно її номінального значення.^[2]

Срібло-цинкові акумулятори в 4-6 разів легші і в стільки ж разів менші за об'ємом від звичайних кислотних і лужних акумуляторів, при однаковій ємності заряду.^[2]

Проте, ці акумулятори мають малий термін служби.^[3]

При високій чистоті срібла, хорошій якості окису цинку, хорошій фільтрації металевих частинок захисними пакетами негативних пластин і потрібній концентрації електроліту досягаються перелічені вище дані характеристики срібло-цинкових акумуляторів. В іншому випадку збільшується саморозряд і зменшується ємність заряду акумуляторів, підвищується внутрішній опір і обмежується розрядний струм акумуляторів.

Дані характеристик срібло-цинкових акумуляторів радянського періоду^[2]
Позначення	Номінальна напруга, в	Номінальна ємність, А·год	Струм заряду, А	Струм при п'ятихвилинному розряді, А	Розміри, мм	Вага, г
СЦ-0,5	1,5	0,5	0,5	7	12×24×37	19,5
СЦ-5	1,5	5	5	70	22×45×63	165
СЦ-11	1,5	12	10	7120	21×41×100	190
СЦ-25	1,5	25	25	300	47×47×107	470
СЦ-45	1,5	45	50	700	47×51×140	700
СЦ-95	1,5	95	100	1200	71×55×212	1820
СЦ-100	1,5	100	100	1200	50×105×140	1950

Фірма Yandry (ЗДА) виготовляла 19 типорозмірів срібло-цинкових акумуляторів ємністю від 0,5 до 525 А·год, які використовувались у більш як 50 видах різних виробів.^[5]

Примітки

↑ ^а ^б ^в ^г Рогинский В. Современные источники электропитания. — Л.:«Энергия», 1969. С.:104
↑ ^а ^б ^в ^г ^д ^е ^ж ^и ^к ^л ^м ^н ^п Чечик П.О. Новые источники питания радиоаппаратуры (Изд. второе, переработанное). — Государственное энергетическое издательство, Москва-Ленинград, 1959. С.:49
↑ ^а ^б ^в ^г ^д Н.П. Федотьев, А.Ф. Алабышев, А.Л. Рогинян, И.М.Вячеславов, П.Б. Животинский, А.А. Гальнбек // Прикладная электрохимия (под ред. профессора Н.И. Федотьева). — Ленинград, Госхимиздат. — 1962. С.: 624
↑ ^а ^б Москатов Е. А. Источники питания. — Киев.: "МК-Пресс", СПб.: "КОРОНА-ВЕК", 2011.—208 с, ил. ISBN 978-5-7931-0846-1 ("КОРОНА-ВЕК") ISBN 978-966-8806-71-1 ("МК-Пресс")
↑ ^а ^б Варыпаев В.Н. и др. Химические источники тока: Учеб. пособие для хим.-технол. спец.вузов / В.Н. Варыпаев, М.А. Даосян, В.А. Никольский; Под ред. В.Н. Варыпаева. - М.: Высш.шк., 1990. - 240 с.: ил. ISBN 5-06-001557-2