Znovunabíjitelné alkalické baterie RAM (1)

V druhé polovině osmdesátých let uskutečnila firma Battery Technologies Inc. (BTI) analýzu trhu baterií pro domácnost....


V druhé polovině osmdesátých let uskutečnila firma Battery Technologies Inc.
(BTI) analýzu trhu baterií pro domácnost. Ta odhalila silnou potřebu levných
znovunabíjitelných baterií, které by byly šetrné k životnímu prostředí a
nahradily baterie na jedno užití, které tehdy dominovaly a bohužel i dnes stále
ještě mnohde dominují trhu.
Snad i proto zahájila v roce 1986 firma BTI svůj program zaměřený na výzkum a
vývoj 1,5voltové RAM (Rechargeable Alkaline Manganese) baterie. Výstupem měly
být baterie typu AAA, AA, C a D, které by měly velkou vstupní kapacitu, dlouho
by držely náboj, jejich cena by nebyla vysoká a nepoškozovaly by životní
prostředí.
Zrození nových baterií
A nové baterie RAM se opravdu zrodily. Jejich konstrukční formát je identický s
běžnými alkalickými bateriemi pro jedno použití a využívají i stejné základní
suroviny. Katoda je vytvořena z oxidu manganičitého MnO2 (burelu), anodu
vytváří práškový zinek v gelu a jako elektrolyt tu slouží roztok hydroxidu
draslíku KOH.
Během uplynulých jedenácti let tak technické oddělení firmy BTI nejen dosáhlo
stanovené cíle, ale dokonce je i překonalo. Jeho pracovníky neuspokojily zprvu
získané vlastnosti nových článků a dále pracovali na postupném zlepšování
výkonnosti produktu včetně zvýšení počtu nabíjecích cyklů, lepšího udržení
náboje, zvýšení kapacity, nížší ceny výrobku a eliminace rtuti. Výsledkem
těchto snah bylo podání více než 30 patentů, které se vztahují jak k produktu
samému, tak i k procesu technologie RAM.
A jaký je výsledek?
Dnešní baterie RAM, které jsou výsledkem výše uvedených snah, mohou být užity v
jakémkoliv zařízení, které dosud užívalo alkalické nebo zinečnato-uhlíkové
baterie prodávané firmami Duracell a Eveready a v jakémkoliv zařízení, které
běžně užívá jiné znovunabíjitelné baterie. Ti, kdo dosud užívali běžné
alkalické a zinečnato-uhlíkové baterie, ušetří přechodem na baterie RAM 90 %
svých nákladů. Nové baterie přitom nabízejí stejnou výkonnost.
Ti, kdo užívají znovunabíjitelné zdroje, si obvykle stěžují na paměťový efekt,
značné samovybíjení, krátkou dobu provozu, ale třeba i na to, že baterie není
nabitá, když si ji koupí. Nové baterie RAM nemají paměťový efekt, nedochází u
nich k samovybíjení, jsou schopny 2,5krát delší doby provozu než NiCd baterie a
jsou plně nabité a připravené k užití, když se prodávají. Přitom stojí jen
zlomek prodejní ceny nikl-metal hydridových (NiMH) a lithium-iontových (Li-ion)
baterií a přibližně 40 % prodejní ceny NiCd baterií. Z pohledu BTI je systém
baterií RAM dnes nejlepším malým formátem baterií pro domácnost, který se
nachází na trhu a je jedním z těch vzácných produktů, které mohou uživateli
ušetřit peníze a přitom jsou přívětivé k životnímu prostředí.
Produkty RAM firmy BTI jsou běžně dostupné pod čtyřmi značkami PURE ENERGY v
Kanadě, USA, jihovýchodní Asii a Evropě, RENEWAL v USA, Kanadě a jihovýchodní
Asii, ALCAVA od podzimu loňského roku v Jižní Koreji a GRANDCELL od téže doby v
Pacifiku. Postupně se však objevují baterie RAM i od jiných výrobců. Např.
letos začala s výrobou obdobné akumulátorové baterie pod obchodním názvem
MultiLife firma Philips.
Konstrukce článků RAM
Na obr. 1 vidíme principiální konstrukci článku RAM velikosti AA. Lisovaná
katoda z MnO2 je vložena do kalíšku z niklem plátované oceli. Poté jsou do
článku vloženy vrstvy separátoru. Horní strana separátoru (kladný konec článku)
je opatřena těsněním, takže oblast anody a katody jsou fyzicky odděleny. Po
namočení separátoru a katody do KOH je gellová anoda rozdělena na anodové
oblasti. Umístění těsnění na otevřeném konci článku a přiložení negativní
čepičky jsou poslední kroky. Plastikové těsnění má ochranný průduch, kterým se
vypouští vodíkový plyn v případě náhodného vnitřního vzrůstu tlaku. Je-li tento
průduch porušen, nedá se už baterie použít.
Chemické reakce v článku
Seznámili jsme se nyní stručně s konstrukcí nového článku. Podívejme se nyní
ještě na chemické reakce, které zde probíhají.
Takto vypadá reakce na kladné elektrodě: MnO2 + H2O + e» MnOOH + OH-. To je
reakce na záporné elektrodě: Zn + 2 OH» ZnO + H2O + 2e-. A zde vidíte celkovou
reakci článku: 2MnO2 + Zn + H2O » 2MnOOH + ZnO.
Struktura katody je směsí burelu MnO2 jako aktivního materiálu a jemně
expandovaného grafitu ke zvýšení elektrické vodivosti. Aby se zvýšila
znovunabíjitelnost katody RAM, jsou užity speciální přísady, katalyzátor je
použit k podpoře reakce vodíku s MnO2. Schopnost rekombinace vodíku přináší
výhodu nízkého pracovního tlaku tohoto plynu v článku. Tlak vodíku může
vzrůstat nejen působením koroze zinku, ale také nevhodným nabíjením a špatným
zacházením ze strany uživatele.
Znovunabíjitelná zinková anoda vyžaduje speciální přípravu: je vytvářena ze
zinkového práš-ku, organických a anorganických inhibitorů, gelových chemických
činidel a KOH. K udržení struktury anody mohou být užity ještě jiné přísady.
Zinkový prášek je ve vodném roztoku KOH nestabilní. Pomalu se rozkládá a
jestliže se do zinku může dostat vzduch, proces koroze se podstatně urychlí. To
znamená, že život baterie, která užívá zinek jako materiál anody, je
neodvolatelně limitován. Reakce vedoucí ke korozi jsou: Zn + 2 H2O + 2OH»
Zn(OH4)2+ H2 a 2 Zn + O2 » 2 ZnO.
Čistota zinku je velice důležitá. Velmi čistý zinek v roztoku bez těžkých kovů
koroduje velmi pomalu. Množství vodíkového plynu uvolněného z povrchu zinku
může být pouze 1 ml na gram za den, což je prakticky bezvýznamné množství. Toto
množství ale může být až tisíckrát vyšší, jsou-li byť jen ve stopovém množství
přítomny nečistoty.
K omezení plynování zinkové anody bývala v komerčních článcích užita rtuť. Ta
na anodě vytvářela povrchovou vrstvu s nízkokorodujícími vlastnostmi. Dnes však
už všichni výrobci dodávají produkty "mercury-free". O to více stoupá nutnost
vysoké čistoty zinkového prášku bez nežádoucích nečistot.
Kvalita separátorů je důležitá
Sekundární články mají přísnější požadavky na kvalitu separátorů, fyzicky
oddělujících katodu od anody, než primární články. Články RAM typicky využívají
2 komponenty separátoru, netkaný absorbent a bariérový materiál. Užívaný
absorbent je z umělého hedvábí, nylonu. Bariéru vytváří trubice z buničiny,
která zabraňuje vnitřním zkratům přes zinkové dendrity. Tyto dendrity jsou
vytvářeny během jednotlivých nabíjecích period a penetrují materiálem
separátoru. Vybrané materiály by neměly zoxidovat v silném alkalickém
elektrolytu, dokonce ani při vzrůstajících teplotách.
Nově je tato dvojitá sendvičová vrstva separátoru nahrazována jedinou vrstvou
nebo stabilními laminovanými kompozity. Tyto materiály jsou mnohem vhodnější
při výrobě baterií RAM na vysokokapacitních výrobních linkách.
8 1418 / jam









Komentáře
K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.