Zinko-uhlíkový článok

Zinko(vo)-uhlíkový článok (iné názvy: suchý zinko(vo)-uhlíkový článok, (suchá) zinko(vo)-uhlíková batéria, (suchý) uhlíko(vo)-zinkový článok, (suchá) uhlíko(vo)-zinková batéria, zinko(vo)-burelový článok, burelový článok, burelová batéria, (suchý) Leclanchého článok, suchý článok, suchá batéria, batéria, hovorovo baterka) je základný druh galvanického článku (resp. batérie) dostupného (-nej) v obchodoch pre bežných spotrebiteľov. Pojem často zahŕňa aj variant nazývaný zinko(vo)-chloridový článok (zinko(vo)-chloridová batéria - pozri nižšie) a občas aj variant nazývaný alkalická batéria (pozri v samostatnom článku).

Bol vynájdený na základe historického Leclanchého článku, s ktorým má rovnaké chemické zloženie (a aj sa podľa neho často dodnes nazýva).

Názov je odvodený od zinku tvoriaceho elektródu a uhlíkovej tyčinky tvoriacej kladný kontakt článku.

Zloženie[upraviť | upraviť zdroj]

Katódu tvorí zinkový kalíšok, ktorý zároveň tvorí vonkajší obal článku.

Anódu tvorí práškový oxid manganičitý (MnO₂, burel), ktorý je pre lepšiu vodivosť zmiešaný s práškovým uhlíkom. Do tejto zmesi je vložená uhlíková tyčinka umiestnená v osi článku.

Elektrolyt tvorí vodný roztok chloridu amónneho (NH₄Cl, salmiak).

Elektrolyt sa v článku nenachádza voľne v kvapalnom stave, ale je nasiaknutý do kladnej elektródy (práškovej zmesi uhlíka a burelu) - odtiaľ pochádza staré označenie "suchý článok".

Medzi kladnou elektródou (práškom) a zinkovým obalom sa nachádza separátor zo savého papiera kvôli zabráneniu priamemu kontaktu medzi elektródami a pritom umožňuje priechod elektrolytu medzi elektródami.

Konštrukcia[upraviť | upraviť zdroj]

Článok je najčastejšie konštruovaný tak, že zinkový kalíšok tvorí zároveň vonkajší obal článku. Toto riešenie síce znižuje cenu, ale ak nie je prítomný žiadny ďalší nepriepustný obal, môže dôjsť k vytečeniu článku. V súčasnosti býva prítomná plastiková fólia a/alebo kovový plášť.

Vytečenie článku[upraviť | upraviť zdroj]

V priebehu vybíjania je spotrebovávaný zinok a vytvorí sa voda (pozri chemické rovnice nižšie). Pri "poddimenzovaní" hrúbky zinkového obalu výrobcom môže nastať situácia, kedy sa zinok prederaví a elektrolyt obsahujúci teraz veľa vody začne vytekať von a spôsobovať koróziu vnútri napájaného prístroja.

Elektrochemická reakcia[upraviť | upraviť zdroj]

Celková reakcia:

Zn + 2NH₄Cl + 2MnO₂ → [Zn (NH₃)₂] Cl₂ + 2MnO (OH)

Na zápornej elektróde:

Zn → Zn²⁺ + 2e^-

Vzniknuté zinočnaté ióny následne reagujú s amónnymi iónmi NH₄⁺ = [H (NH₃)]⁺:

Zn²⁺ + 2 [H (NH₃)]⁺ → [Zn (NH₃)₂]²⁺ + 2H⁺

Na kladnej elektróde:

2MnO₂ + 2H⁺ + 2e^- → 2MnO (OH)

Táto reakcia je trochu zjednodušená, pretože ión H⁺ sa v skutočnosti vo vodnom roztoku nevyskytuje voľne, ale je viazaný koordinačne-kovalentnou väzbou na vodu, čím vznikne hydroxonium H₃O⁺.

Vlastnosti[upraviť | upraviť zdroj]

Menovité napätie článku je 1,5 V. Býva vyrábaný najčastejšie vo veľkostiach AAA (mikroceruzková batéria), AA (ceruzková batéria), C (malý monočlánok) a D (veľký monočlánok). Okrem toho sa vyrábajú aj batérie (v zmysle: spojenie viacerých kusov) týchto článkov: 3 články - "plochá batéria" a 6 článkov - "deväťvoltová batéria".

V porovnaní s inými druhmi batérií (zinkovo-chloridové, alkalické) nemajú takú kapacitu a schopnosť dodávať väčší prúd. Naopak ich výhodou je nízka cena. Z týchto dôvodov sú vhodné predovšetkým pre menej náročné použitie napr. do hodín a budíkov, rádií alebo niektorých svietidiel.

Kapacita ceruzkovej batérie sa pohybuje okolo 600-800 mAh pri vybíjaní prúdom 100 mA do konečného napätia 0,9 V.

Zinko(vo)-chloridový článok[upraviť | upraviť zdroj]

Zinko-chloridový článok je vylepšená verzia zinko-uhlíkového článku.

Hlavným rozdielom medzi zinko-chloridovým a zinko-uhlíkovým článkom je náhrada elektrolytu z chloridu amónneho z väčšej časti za chlorid zinočnatý (ZnCl₂).

Pri výrobe sú tiež použité kvalitnejšie chemikálie, čo sa pozitívne prejavuje na vyššej životnosti.

Tieto články bývajú v angličtine označované ako "heavy duty" (vysoký výkon). Stále však ani zďaleka nedosahujú vlastnosti alkalických batérií.

Elektrochemická reakcia[upraviť | upraviť zdroj]

Reakcia katódy je preto odlišná

MnO₂(s) + H₂O (l) + e^- → MnO (OH) (s) + OH^-(aq)

Celková reakcia:

Zn (s) + 2 MnO₂(s) + ZnCl₂(aq) + 2 H₂O (l) → 2 MnO (OH) (s) + 2 Zn (OH) Cl (aq)

Vytečenie článku[upraviť | upraviť zdroj]

Zámena elektrolytu sa prejaví na tvorbe vody v článku. Zatiaľ čo v prípade klasického zinko-uhlíkového voda vznikala a bolo riziko vytečeniu do prístroja, v tomto prípade sa voda pri vybíjaní spotrebúva, tým pádom je článok na konci svojej životnosti naozaj suchý.

V súčasnosti je už väčšina vyrábaných článkov zinko-chloridová. Nájdu sa však aj výrobcovia používajúci staré zloženie - je totiž o niečo lacnejšie.