Einführung, Funktion und Verwendung von Kohlebatterien

Die Kohlenstoffbatterie, auch als Zink-Kohlenstoffbatterie bekannt, ist ein neuer Batterietyp, der 1886 von Carl Gassner erfunden wurde. Davor waren die normalerweise verwendeten Batterien zerbrechliche Glasschalen, da der Elektrolyt flüssige Säure war und jede Metallhülle einfach war zu korrodieren. Das Aufkommen von Kohlenstoffbatterien hat die gesamte Batterieindustrie verändert. Es bietet zuverlässige Energieunterstützung für die Entstehung und breite Anwendung tragbarer elektronischer Geräte und ist seit fast einem halben Jahrhundert beliebt. In diesem Artikel wird daher die Zink-Kohle-Batterie ausführlich vorgestellt.

Was ist Kohlebatterie?

Zink-Kohle-Batterie ist eine Art Trockenbatterie und Primärbatterie. Seine Stromerzeugung wird hauptsächlich durch die chemische Reaktion zwischen positivem Mangandioxid und negativem Zinkmetall erzeugt, die etwa 1,5 V Gleichstrom liefern kann. Die Hauptelemente der Zink-Kohlenstoff-Batterie sind wie folgt:

· Positive Elektrode: Mangandioxid und ein Kohlenstoffstab in der Mitte der Batterie, umgeben von Mangandioxid.

· Negative Elektrode: Zinkmetall, das als Batteriegehäuse und Minuspol verwendet wird. Zink in der negativen Elektrode kann leicht nachteilige Nebenwirkungen hervorrufen, die zu einer Zunahme der Selbstentladung der Batterie und zu Korrosion der Batterie führen. Daher haben die Hersteller in der Vergangenheit Quecksilber auf die Oberfläche von Zinkmetall aufgetragen, um Amalgam zum Schutz von Zinkmetall zu bilden. Da Quecksilber hochgiftig ist, verwenden moderne Batterien diese Methode nicht. Moderne Hersteller werden hochreines Zinkmetall wählen, um Korrosion und Selbstentladung zu verhindern.

· Separator: Im Frühstadium wurde eine Schicht Stärke oder Mehl als Separator für Zinkkohlenstoffbatterien verwendet. In der heutigen Zeit wurde hauptsächlich eine Schicht aus extrem dünnem Stärkeschichtpapier verwendet, damit die Batterie mehr Mangandioxid aufnehmen kann.

· Elektrolyt: Ammoniumchloridpaste kann im Vergleich zu flüssigem Ammoniumchlorid, festem Ammoniumchloridelektrolyten, eine längere Lebensdauer und eine stabilere Spannung für die Batterie bieten. Seine Zusammensetzung besteht hauptsächlich aus 26% Ammoniumchlorid, 65,2% Wasser, 8,8% Zinkchlorid und 1% Korrosionsinhibitor.

· In den frühen Tagen wird die Zink-Kohle-Batterie mit einer Asphaltschicht versiegelt, um ein Austrocknen des Elektrolyten zu verhindern. In der heutigen Zeit wird ein thermoplastisches Dichtungsdichtungsmittel verwendet, um damit umzugehen.

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Im 19. Jahrhundert wurde die Zink-Kohlenstoff-Batterie aufgrund ihrer großen Entladekapazität, ihres geringen Volumens, ihrer geringen Selbstentladungsrate und ihrer starken Hülle zur ersten kommerziellen Trockenbatterie. Die Entstehung und Vermarktung von Zink-Kohlenstoff-Batterien hat auch zur Popularität kleiner tragbarer Geräte geführt. Das Auftauchen der Taschenlampe wird auch der Zink-Kohlenstoff-Batterie zugeschrieben.

Wie funktioniert eine Kohlebatterie?

Jede Batterieerzeugung hängt von der chemischen Reaktion zwischen den positiven und negativen Materialien ab, um elektrische Ladung zu erzeugen, ebenso wie die Zink-Kohlenstoff-Batterie. Die Stromerzeugung einer Zinkkohlenstoffbatterie erfolgt durch die Reaktion von Mangandioxid auf der positiven Elektrode und Zinkmetall auf der negativen Elektrode. Die chemische Gesamtgleichung der Reaktion lautet: Zn + 2mno2 → ZnO + Mn2O3. Die eigentliche Reaktion ist jedoch viel komplizierter. Aufgrund des Vorhandenseins von Ammoniumionen erzeugt der Elektrolyt unter Einwirkung von Ladung Ammoniak und Wasserstoff. Diese beiden Gase reagieren mit Zinkchlorid im Elektrolyten bzw. Mangandioxid in der positiven Elektrode. Ohne diese Reaktionen kann die Batterie anschwellen oder auslaufen.

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Der Kohlenstoffstab in der Mitte der Batterie wird hauptsächlich zum Sammeln von Strom und zur stabilen strukturellen Unterstützung der Batterie verwendet. Der Rohstoff des Kohlenstoffstabs ist sehr porös. Um zu verhindern, dass Wasserverlust und Sauerstoff in die negative Elektrode gelangen, um Zinkmetall zu korrodieren, muss es mit Wachs oder Öl behandelt werden. Während der Behandlung muss jedoch eine ausreichende Porosität aufrechterhalten werden, da der Kohlenstoffstab auch zur Freisetzung von durch Reaktion erzeugtem Wasserstoff verwendet wird.

Es ist anzumerken, dass die negative Elektrode der Zink-Kohlenstoff-Batterie aus Zinkmetall besteht. Zinkmetall ist nicht nur in der negativen Elektrode als Entladungsreaktionsmaterial vorhanden, sondern auch in der Hülle der negativen Elektrode der Batterie. Dies bedeutet, dass die Kapazität und der normale Gebrauch des akkus beeinträchtigt werden, sobald er im Gebrauch einen hohen Verschleiß aufweist.

Warum wird Kohlenstoff in der Batterie verwendet?

Obwohl Kohlenstoff-Zink-Batterien aufgrund ihrer geringen Entladungseffizienz, geringen Kapazität, Verschmutzung und Unfähigkeit zum Laden lange Zeit eliminiert wurden, waren Materialien auf Kohlenstoffbasis auf dem Gebiet der Batterien aktiv. Dies liegt daran, dass Materialien auf Kohlenstoffbasis eine gute elektrische Leitfähigkeit, stabile chemische Eigenschaften und niedrige Kosten aufweisen. Kohlenstoff spielt eine wichtige Rolle im Bereich des Stromverbrauchs, und seine Anwendung ist ebenfalls umfangreich:

· Der Elektrode können Kohlenstoffmaterialien als Additive zugesetzt werden, um die Leitfähigkeit der Elektrode zu verbessern.

· Kohlenstoff kann auch als Katalysator für elektrochemische Reaktionen oder als Grundmaterial für Elektrokatalysatoren verwendet werden.

· Kohlenstoffhaltige Materialien können zu festen Strukturen für Bipolartrenner oder Stromkollektoren verarbeitet werden.

Darüber hinaus ist Graphitkohlenstoff in der modernen elektrochemischen Technologie weit verbreitet. Diese Art von Kohlenstoff hat eine hexagonale Struktur und die Kohlenstoffatome sind geordnet auf den Schichtebenen angeordnet. Die moderne Herstellung von lithiumbatterien und Brennstoffzellen, Graphitkohlenstoff und kohlenstoffhaltigen Materialien sind ihre wichtigen Rohstoffe. Darüber hinaus gibt es derzeit keinen geeigneten Ersatz für Kohlenstoffmaterialien. Die meisten der neu entwickelten Materialien können nicht die Vorteile niedriger Kosten, hoher Leitfähigkeit und starker chemischer Stabilität aufweisen. Es kann gesagt werden, dass die gegenwärtigen Batterien nicht nur höhere Kosten, sondern auch eine geringere Leistung aufweisen können, wenn bei der Herstellung und Verwendung von Batterien kein Kohlenstoff vorhanden ist.

Obwohl Zink-Kohlenstoff-Batterien seit langem eliminiert wurden, haben Kohlenstoff-Materialien die Produktion und Verwendung von Batterien seit Hunderten von Jahren beeinflusst. Mit einem Wort, das Erscheinungsbild der Kohlebatterie ist eine denkwürdige Veränderung in der Geschichte der Batterietechnologie. Ich hoffe, Sie finden diesen Artikel hilfreich.