Серебряно-цинковая батарейка
Серебряно -цинковая батарея представляет собой вторичный элемент , в котором используются оксид серебра (I, III) и цинк .
Обзор
[ редактировать ]Серебряно-цинковые элементы имеют большинство характеристик серебряно-оксидной батареи и, кроме того, способны обеспечивать одну из самых высоких удельных энергий среди всех известных в настоящее время электрохимических источников энергии. Долгое время оно использовалось в специализированных приложениях, а теперь разрабатывается для более массовых рынков, например, для аккумуляторов для ноутбуков и слуховых аппаратов. [ 1 ] [ 2 ]
В частности, серебряно-цинковые батареи разрабатываются для питания гибких электронных устройств, где реагенты интегрируются непосредственно в гибкие подложки, такие как полимеры или бумага, с помощью печати. [ 3 ] или методы химического осаждения. [ 4 ]
Экспериментальная новая серебряно-цинковая технология (отличная от оксида серебра) может обеспечить до 40% больше времени автономной работы, чем литий-ионные батареи , а также содержит химический состав на водной основе, свободный от проблем с термическим разгоном и воспламеняемостью, от которых страдают литиевые батареи. -ионные альтернативы. [ 1 ]
Химия
[ редактировать ]Серебряно -цинковый аккумулятор изготавливается в полностью разряженном состоянии и имеет противоположный состав электродов: катод представляет собой металлическое серебро, а анод — смесь оксида цинка и порошков чистого цинка . В качестве электролита используется гидроксида калия водный раствор .
В процессе зарядки серебро сначала окисляется до оксида серебра(I).
- 2 Ag(ов) + 2 ОН − → Ag 2 O + H 2 O + 2 е −
а затем к оксиду серебра(II)
- Ag 2 О + 2 ОН − → 2 AgO + H 2 O + 2 е − ,
при этом оксид цинка восстанавливается до металлического цинка
- 2 Zn(OH) 2 + 4 е − ⇌ 2 Цинк + 4 ОН − .
Процесс продолжается до тех пор, пока потенциал ячейки не достигнет уровня, при котором возможно разложение электролита при напряжении около 1,55 вольт. Это считается окончанием заряда, поскольку дальнейший заряд не сохраняется, а любой кислород , который может образоваться, представляет механическую и пожарную опасность для элемента.
История и использование
[ редактировать ]
Эта технология имела самую высокую плотность энергии до литиевых технологий. Первоначально разработанные для самолетов, они уже давно используются в космических ракетах-носителях и пилотируемых космических кораблях, где их короткий срок службы не является недостатком. Неперезаряжаемые серебряно-цинковые батареи питали первые советские спутники «Спутник» , а также американские «Сатурн» ракеты-носители , лунный модуль «Аполлон» , луноход и рюкзак жизнеобеспечения .
Основными источниками энергии для командного модуля (CM) Аполлона были водородно-кислородные топливные элементы в служебном модуле (SM). Они обеспечивали большую плотность энергии, чем любая обычная батарея, но ограничения пиковой мощности требовали дополнения серебряно-цинковыми батареями в CM, которые также стали его единственным источником питания во время входа в атмосферу после отделения служебного модуля. Только эти аккумуляторы подзаряжались в полете.
После того, как Аполлон-13 едва не потерпел катастрофу, к сервисному модулю была добавлена вспомогательная серебряно-цинковая батарея в качестве резервной для топливных элементов. Служебные модули «Аполлона», используемые в качестве переправы экипажа на космическую станцию «Скайлэб» , питались от трех серебряно-цинковых батарей между отстыковкой и сбросом служебного модуля, поскольку резервуары с водородом и кислородом не могли хранить реагенты топливных элементов во время длительного пребывания на станции.
Эти элементы используются в военных целях, например, в торпедах Mark 37 и на подводных лодках класса «Альфа» .
В 1960-х годах компания General Motors разработала электромобиль под названием Electrovair , который питался от цинк-серебряной батареи производства Eagle-Picher . [ 5 ] Однако батарея была дорогой и выдерживала всего сотню циклов зарядки-разрядки. [ 6 ]
См. также
[ редактировать ]
- История аккумулятора
- Топливный элемент
- Утилизация аккумуляторов
- Список типов батарей
- Список размеров батарей
- Сравнение типов аккумуляторов
- Номенклатура аккумуляторов
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б «Мнение: подзарядите свои инженерные батарейки» . Проверено 1 марта 2016 г.
- ^ Майк, Дичикко (1 декабря 2016 г.). «Исследования НАСА помогают довести серебряно-цинковые батареи от идеи до полки» . НАСА . Проверено 29 апреля 2017 г.
- ^ Браам, Кайл Т.; Волкман, Стивен К.; Субраманиан, Вивек (1 февраля 2012 г.). «Характеристика и оптимизация печатной первичной серебряно-цинковой батареи». Журнал источников энергии . 199 : 367–372. дои : 10.1016/j.jpowsour.2011.09.076 . ISSN 0378-7753 .
- ^ Грелль, Макс; Динсер, Банка; Ле, Тао; Лаури, Альберто; Нуньес Бахо, Эстефания; Касиматис, Майкл; Барандун, Джандрин; Майер, Стефан А.; Касс, Энтони Э.Г. (9 ноября 2018 г.). «Автокаталитическая металлизация тканей с использованием кремниевых чернил для биосенсоров, батарей и сбора энергии» . Передовые функциональные материалы . 29 (1): 1804798. doi : 10.1002/adfm.201804798 . ISSN 1616-301X . ПМК 7384005 . ПМИД 32733177 .
- ^ «Электровайр-Аккумуляторный электромобиль» . Международное общество автомобильных инженеров . 1 февраля 1967 г. doi : 10.4271/670175 . ISSN 0148-7191 .
- ^ Мюррей, Чарльз Дж. (15 сентября 2022 г.). «Долгая трудная дорога: литий-ионный аккумулятор и электромобиль» . Издательство Университета Пердью. дои : 10.2307/j.ctv1xx99k5 . ISBN 9781612497624 . JSTOR j.ctv1xx99k5 .
