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  _ Zink / KOH / MnO2 ( C ) –System
(Primärsystem )

Zn, KOH, MnO2 + C

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Andere Bezeichnungen   Alkali-Mangan-Zelle, Zink-Mangandioxid alkalisch, Zink-Braunstein-System , Zinc Carbon Cell, alkaline manganese dioxide cell.

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Anwendung   Das System kann vorteilhaft eingesetzt werden, wenn kontinuierliche hohe Belastbarkeit gefordert ist.

Vereinfachte elektrochemische Reaktionsgleichungen:
(Hilfe Formeln)

Negative Elektrode: Zn0 + 2 OH- -->
Zn2+(OH)2 + 2 e-
Positive Elektrode: Mn4+O2 + 2 H2O + 2 e- -->
Mn2+(OH)2 + 2 OH-

Summe: MnO2 + Zn + 2 H2O -->
Mn(OH)2 + Zn(OH)2

Da bei der Zellreaktion Wasser aus der Elektrolytlösung verbraucht wird, ist eine entladene Zelle nahezu trocken. Das zunächst gebildete Zinkhydroxid löst sich in KOH unter Bildung von Zinkat:
Zn(OH)2 + 2 OH- -->
Zn(OH)4 2-

Wenn die Lösung mit Zinkat gesättigt ist, fällt Zinkoxid aus:
Zn(OH)2 -->
ZnO + H2O

In alkalischer Lösung korrodiert Zn nach folgender Reaktionsgleichung:
Zn + 2 H2O + 2OH- -->
Zn(OH)4 2- + H2

Dies kann jedoch durch Inhibitoren (z.B. organische Tenside) weitgehend verhindert werden.

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Technische Daten  
o Elektrolytlösung:
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Wäßrige KOH mit ZnO und Zusätzen von LiOH oder Ca(OH)2 zur Verbesserung der Lagerfähigkeit.

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Konzentration: 40 (35 bis 52) Gew.% KOH, in der noch ca. 6 Gew.% ZnO gelöst werden.

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Dichte: ca. 1,5 kg/l

{short description of image} pH-Wert: 14,4
o Zellspannung:
{short description of image} Nennspannung: 1,5 V
{short description of image} Leerlaufspannung: 1,5 bis 1,6 V
{short description of image} Arbeitsspannung: 1,15 bis 1,3V
{short description of image} Entladeschlußspannung: 0,9 V
o Betriebstemperatur: - 20 bis +55°C
o Theoretische spezifische Energie: 450 Wh/kg
o Praktische spez. Energie: 90 bis 105 Wh/kg
o Energiedichte: 325 bis 470 Wh/l (zwei- bis dreimal so hoch wie bei den anderen Zink-Kohle Zellen)
o Entladeprofil: flach
o Selbstentladung bei 20°C: 4 % / Monat
o Lagertemperatur: -20 bis 25 (55) °C
o Schockbelastbarkeit: gut
o Baugrößen: 100 mAh bis 20 Ah
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Besonderheiten:   Die Anordnung der Elektroden ist entgegengesetzt zu den Zink-Kohle Zellen "inside-out-design". Die negative Elektrode befindet sich in der Mitte der zylindrischen Zelle. Sie besteht aus mit Elektrolyt getränktem reinem Zinkpulver mit Partikelgrößen von 155 bis 255 µm oder Zinkflitter. Die negative Elektrode befindet sich in einem Beutel aus Kunststoffvlies, der als Separator dient und eine Zinkpenetration zur Kathode verhindert. Der Stromableiter aus Messing befindet sich in der Mitte der negativen Masse und ist mit dem Boden der Zelle verbunden. Der Elektrolyt ist mit einem Quellmittel angedickt. Als Kathodenmaterial wird ausschließlich elektrolytisch hergestelltes hochreines MnO2 verwendet. Die MnO2-Partikel werden zur Verbesserung der Leitfähigkeit und zur Elektrolytspeicherung mit einer Ruß- oder Grafitschicht ummantelt. Diese Kathodenmasse wird mit hohem Druck gegen die Wand des Stahlbechers gepreßt, um eine gute Leitfähigkeit zu gewährleisten.

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Vorteile, Nachteile, Bauarten   Vorteile: Hohe Kapazität, verglichen mit NH4Cl- oder ZnCl2- Zink-Kohle-Zellen, gutes Tieftemperaturverhalten, hohe Entladeströme durch bessere Leitfähigkeit möglich, bessere Kapazitätsausnutzung gegenüber anderen Zink-Kohle-Systemen.

Nachteile: Höhere Kosten als Leclanché-Zellen.

Bauarten: Hergestellt werden Miniatur-Knopfzellen bis zu relativ großen zylindrische Zellen. Die am häufigsten benutzten Größen sind (deutsche Konsumentennomenklatur): Mono, Lady, Baby, Mignon, Micro sowie die 9 V Blockbatterie. Die zugeordneten ANSI-Bezeichnungen sind: D (Ø 35 mm, h 62 mm), C (Ø 27 mm, h 50 mm), AA (Ø 15 mm, h 51 mm), AAA (Ø 11 mm, h 45 mm).
Die Verkaufszahlen steigen seit Jahren.

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Adresse   Ansprechpartner:
Dr. Jens Tübke
Tel.: (0721) 4640-343
Fax: (0721) 4640-111
 

Fraunhofer Institut für Chemische Technologie

Joseph-von-Fraunhofer-Str. 7
D-76327 Pfinztal (Berghausen)

Telefon (0721) 46 40-0
Fax (0721) 46 40 - 111



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