Системы на основе диоксида цинка и марганца
Эти батарейки наиболее часто используются во всем мире в фонариках, игрушках, радиоприемниках, проигрывателях компакт-дисков и цифровых камерах. Существует три разновидности: цинково-углеродная, хлоридно-цинковая и щелочная батарейки. Все они обеспечивают начальное напряжение от 1,55 до 1,7 вольта, которое снижается по мере использования до конечной точки около 0,8 вольта.
Цинково-углеродная батарея, также называемая батареей Лекланше, представляет собой традиционный сухой элемент общего назначения. Изобретенный французским инженером Жоржем Лекланше в 1866 году, он сразу же стал коммерчески успешным в больших размерах благодаря легкодоступным дешевым составляющим материалам. Он остается самым недорогим сухим элементом и доступен практически везде. Анодом этой батареи является лист цинкового сплава или «банка», сплав содержит небольшое количество свинца, кадмия и ртути. Электролит состоит из насыщенного водного раствора хлорида аммония, содержащего примерно 20 процентов хлорида цинка. Катод изготовлен из нечистого диоксида марганца (обычно добываемого из отдельных месторождений в Африке, Бразилии или Мексике). Это соединение смешивается с сажей и электролитом, чтобы создать влажную, активную катодную смесь, которая формируется вокруг углеродного коллекторного стержня, также называемого электродом. Все батареи этого типа снабжены обмоткой с металлическими крышками для электрического контакта.
Впервые запатентованная в 1899 году, хлоридно-цинковая батарея на самом деле является современной адаптацией цинково-углеродной батареи. Ее коммерческий успех отчасти объясняется разработкой пластиковых уплотнений, которые позволили отказаться от использования хлорида аммония. Диоксид марганца в катоде обычно представляет собой смесь синтетического диоксида марганца высокой чистоты с природными сортами. Батарея на основе хлористого цинка способна работать в более продолжительном режиме, чем цинково-углеродная батарея, особенно в моторизованных устройствах, таких как игрушки. Его использование также растет, поскольку он может обеспечить удовлетворительную производительность без использования высокотоксичных ртути и кадмия в цинковом сплаве.
Самая высокая плотность мощности (ватт на кубический см) среди элементов из диоксида цинка и марганца наблюдается в батареях со щелочным электролитом, что позволяет использовать совершенно другой тип конструкции. Щелочная батарея стала коммерчески доступной в 1950-х годах и сейчас является самой популярной бытовой батареей. Катод из очень чистой смеси диоксида марганца и графита и анод из порошкообразного цинкового сплава соединены с электролитом из гидроксида калия и помещены в стальную банку. Цинк ранних щелочных батареек содержал от 6 до 8 процентов ртути, но современные версии не содержат ртути, чтобы уменьшить воздействие на окружающую среду при утилизации. Кроме того, щелочные батарейки обеспечивают гораздо большую емкость для работы фонариков, игрушек, проигрывателей компакт-дисков и радиоприемников, чем две другие системы на основе диоксида цинка и марганца, рассмотренные выше.
