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

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

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

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

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

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

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

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

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.