باتری روی کربن

باتری روی کربن یک باتری اصلی اولیه خشک است که حدود ۱٫۵ ولت جریان مستقیم را از واکنش الکتروشیمیایی بین روی و دی اکسید منگنز تامین می کند.

همانگونه که از نام باتری پیداست،یک میله کربنی جریان را از الکترود دی اکسید منگنز جمع آوری می کند.یک سلول خشک معمولا از روی ساخته شده است که به عنوان آند با قطبیت الکتریکی منفی عمل می کند، در حالی که کربن inert کربن قطب مثبت الکتریکی است.باتری های معمولی می توانند از آب آمونیم کلرید رقیق به عنوان الکترولیت استفاده کنند، که احتمالا با مقداری محلول کلرید روی مخلوط شده است.باتری هایی که وظایف سنگین تری دارند،عمدتااز پیوند به ترکیبات کلرید روی تشکیل شده اند.باتری های روی کربن اولین باتری های تجاری خشک بودند که از تکنولوژی سلول لکنان (Leclanche) مرطوب ساخته شده بودند. این باتری ها چراغ قوه و دیگر دستگاه های قابل حمل را ساخته اند، زیرا باتری می تواند در هر جهت و سویی نقش خود راایفا کند. آنها همچنان در دستگاه های کم مصرف یا در وسایلی که جریان متناوبی دارند مانند کنترل های راه دور، چراغ قوه، ساعت یا رادیو ترانزیستور مفید هستند.باتری های روی کربن،باتری های اولیه خورشیدی یکبار مصرف هستند.

باتری روی کربن ۱

تاریخچه

در سال ۱۸۸۶، کارل گاسنر نسخه “خشک” را با استفاده از یک فنجان روی به عنوان آند و خمیر گچ پاریس (و بعدا آرد گندم) برای ژله ای کردن (قابلیت شار دادن) الکترولیت و بی حرکت کردن آن، ثبت اختراع کرد.در سال ۱۸۹۸، کنراد هوبرت با استفاده از باتری های تولید شده توسط W. H. Lawrence برای قدرت اولین چراغ قوه استفاده کرد، و پس از آن دو شرکت باتری آماده ساخته شد. در سال ۱۹۰۰، گاسنر سلولهای خشک مناسب برای روشنایی قابل حمل را در نمایشگاه جهانی پاریس به نمایش گذاشت. در طول قرن بیستم پیشرفتهای مداومی در راستای ثبات و ظرفیت باتری های روی-کربن صورت گرفت؛ تا پایان قرن ظرفیت ها بیش از چهار برابر ظرفیت معادل در سال های ۱۹۱۰ شده بود. پیشرفتها شامل استفاده از مراتب خالص تر دی اکسید منگنز،مهر و موم بهتر و استفاده از روی خالص برای الکترود منفی بود. سلولهای کلرید روی (که معمولا به عنوان “باتری های سنگین” مورد استفاده قرار می گیرند) در مقایسه با الکترولیت کلرید آمونیوم عمر طولانی تر و ولتاژ بالاتری را به وجود می آورند.واکنش های جانبی ناشی از ناخالصی ها در آند روی باعث افزایش تخلیه خود باتری و خوردگی سلول می شود. پیش از آن، روی با جیوه پوشش داده می شد تا ایجاد ملقمه و همزمان از آن محافظت کند.از آنجا که این یک خطر زیست محیطی است، باتری های تولید فعلی دیگر از جیوه استفاده نمی کنند.امروزه تولیدکنندگان باید از روی بیش از حد تصفیه شده برای جلوگیری از خود اقدامی و خود تخلیه ای استفاده کنند.از سال ۲۰۱۱، باتری های روی کربن ۲۰ درصد از تمام باتری های قابل حمل در انگلستان و ۱۸ درصد باتری ها در اتحادیه اروپا را تشکیل می دهند.در ژاپن، ۶٪ از فروش را باتری های اولیه تشکیل می دهند.

باتری روی کربن ۲

ساختمان

کربن تنها ماده هادی کاربردی است زیرا در هر فلز معمولی الکترودهای مثبت در الکترولیت نمک مستقر می شوند.انواع تولیدات اخیر و کم هزینه ی سلول ها، از جدا کننده ای استفاده می کنند که حاوی یک لایه نشاسته یا آرد است. یک لایه از کاغذ با پوشش نشاسته ای در سلول های مدرن استفاده می شود که نازک تر است و امکان استفاده بیشتر از دی اکسید منگنز را فراهم می کند. در اصل سلولها با یک لایه آسفالت مهر و موم شده اند تا مانع خشک شدن الکترولیت شوند؛ا خیرا  از واشر درزگیر  ترموپلاستیک (گرمانرم) استفاده شده است. میله کربن کمی متخلخل است، که به گاز انباشته شده هیدروژن اجازه می دهد تا در حین حفظ الکترولیت آب، راه فرار داشته باشد. نسبت دی اکسید منگنز و پودر کربن در کاتد بر ویژگی های سلول تأثیر می گذارد؛ پودر کربن بیشتر باعث کاهش مقاومت داخلی می شود، در حالی که دی اکسید منگنز بیشتر ظرفیت ذخیره سازی را بهبود می بخشد.

باتری روی کربن ۳

ذخیره سازی

تولیدکنندگان توصیه می کنند که باتری های روی کربن در دمای اتاق نگه داشته شوند؛ زیرا ذخیره سازی در دماهای بالاتر باعث کاهش عمر مفید مورد انتظار در باتری ها می شود. در حالی که باتری ها بدون آسیب یخ زده می شوند، تولیدکنندگان توصیه می کنند پیش از استفاده ،آنها به دمای اتاق باز گردند و از تراکم پوشش باتری ها ممانعت به عمل آید. در اواخر قرن بیستم، عمر ذخیره سلولهای زنجیر کربن نسبت به سال ۱۹۱۰ تا چهار برابر بیشتر بهبود یافته بود.

دوام

سلول های کربن روی عمر کوتاهی دارند زیرا روی توسط کلرید آمونیوم مورد حمله قرار می گیرند.مخزن روی مادامی که سلول های آن مصرف می شوند، تقلیل می رود زیرا فلز روی اکسید شده و به یون های روی تغییر می کنند. هنگامی که فلز روی به اندازه کافی از بین می رود، کلرید روی شروع به تخریب باتری می کند. سلول خشک کهنه، دچار منفذی نمی شود اما به دلیل نشتی روی،چسبنده به نظر می رسد. پوشش روی در سلول خشک حتی زمانی که باتری استفاده نمی شود،نازک تر می شود، زیرا کلرید آمونیوم داخل باتری با روی واکنش می دهد. شکل “درون به بیرون” باتری با فرم فنجانی کربن و روی در محفظه داخلی آن که به نشتی مقاوم باشند تا پیش از سال ۱۹۶۰ ساخته نشده بود.