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  _ Zink / ZnCl2 / MnO2 ( C ) -System

(Primärsystem)

Zn

ZnCl2 mit NH4Cl

MnO2 + C

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Andere Bezeichnungen   Zink-Kohle Zelle, Zink-Mangandioxid Zelle, Zink-Braunstein-System , Zinc-Carbon Cells, Zinc Cloride Cells

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Anwendung  

Das Standard-System für geringe Entladeströme eignet sich sowohl für intermittierenden- und im Gegensatz zu den Leclanché-Zellen auch für Dauerbetrieb.

Die positive Elektrode der ‚heavy duty’ Versionen enthält neben natürlichem Braunstein oft Zusätze von elektrolytisch erzeugtem MnO2, bzw. nur elektrolytisch erzeugtes MnO2. Die aktive Masse wird aus einer Mischung mit Ruß, Grafit und Elektrolyt verpreßt und durch einen Kohlestab kontaktiert. Ein Papierseparator mit einem Überzug von modifizierter Stärke und Elektrolyt dient zur elektronischen Trennung von negativer und positiver Elektrode. Die negative Elektrode besteht aus einem Zinkbecher, der während der Entladung teilweise aufgelöst wird. Damit die Zellen nach außen dicht bleiben werden sie mit einer Isolierhülle und einem Stahlmantel umgeben. Diese Zellen können gegenüber dem Standardtyp (Leclanché) stärker belastet werden. Sie sind um 10-25% teurer, leisten aber je nach Anwendung 30-100% mehr.

Hauptanwendungen sind Transistorradios, Kassettenrecorder, Taschenlampen, Rasierapparate, Wohnraumuhren, Spielzeuge, Meßgeräte, Rechner, Fernbedienungen u.s.w..

Vereinfachte elektrochemische Reaktionsgleichungen:
(Hilfe Formeln.doc)

Negative Elektrode:
4Zn0 + 4H2O + 8OH-+ ZnCl2·-->
ZnCl2  4Zn2+(OH)2  4H2O + 8e-

Positive Elektrode:
8Mn4+O2 + 8H2O + 8e- -->
8Mn3+OOH + 8OH-

Summe:
4Zn + 8MnO2 + 12H2O + ZnCl2 -->
8MnOOH + ZnCl2 · 4Zn(OH)2 · 4H2O

Die Formeln gelten für vollständige Entladung. Da bei der Zellreaktion Wasser aus der Elektrolytlösung verbraucht wird, ist eine entladene Zelle nahezu trocken.
MnO2 ist ein schlechter Elektronenleiter. Zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit und der mechanischen Eigenschaften wird Grafitpulver bzw. heute vorwiegend Acetylenruß innig mit dem MnO2 vermischt. Bei diesem Mischungsprozeß werden die einzelnen MnO2-Partikel mit Kohlenstoff überzogen. Der Kohlenstoff dient nicht zuletzt auch zur Aufnahme von Elektrolytlösung in der Kathode. In diesem Punkt ist Acetylenruß dem Grafit überlegen.
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Technische Daten  
o Elektrolytlösung: wäßrige Lösung von ZnCl2 , z.T. mit NH4Cl Zusätzen.
o Zellspannung:
{short description of image} Nennspannung: 1,5 V
{short description of image} Leerlauf: 1,6 V
{short description of image} Arbeitsspannung: 1,25 bis 1,1V
{short description of image} Ladeschlußspannung: 2,05 V
{short description of image} Entladeschluß: 0,9 V
o Betriebstemperatur: - 10 bis 50 °C,
o Theoretische spezifische Energie: 245 Wh/kg
o Praktische spez. Energie: 85 Wh/kg
o Energieinhalt volumetrisch: 165 Wh/l
o Spezifische Kapazität: 35 - 96 Ah/kg
o Entladeprofil: schwach fallend
o Energiedichte: gering bis mittel
o Selbstentladung bei 20°C / Monat: bis 7 %
o Lagertemperatur: 0 bis 20°C (-40 bis 55°C)
o Schockbelastbarkeit: gut
o Baugrößen: bis 6 Ah


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Besonderheiten   Der niedrigere pH-Wert der ZnCl2-Elektrolytlösung gegenüber NH4Cl verursacht prinzipiell eine höhere Zn-Korrosion unter Wasserstoffentwicklung. Dies kann jedoch durch Zusätze von Inhibitoren verhindert werden.
Die Zink/Kohle-Zellen mit ZnCl2-Elektrolyt haben die leistungsschwächeren Leclanché-Zellen in weiten Bereichen verdrängt. Die meisten Anbieter entwickeln das System Zink-MnO2 jedoch nicht mehr weiter, da der Marktanteil von Alkali-Manganzellen ständig wächst. Diese können dem wachsenden Bedarf an Hochleistungszellen für Dauerbetrieb eher gerecht werden.

Vorteile: Geringe Kosten, bessere Eigenschaften als das normale Zink-Kohle-System (Leclanché). Für Dauerbelastung geeignet.

Nachteile: Schlechtere Eigenschaften als Hochleistungs-Alkali-Mangan-Zellen.
Wegen der höheren Empfindlichkeit gegenüber eindringendem Sauerstoff muß die Zelle besonders gut abgedichtet sein.

Bauarten: ZnCl2-Zellen und – Batterien werden wie die Leclanché-Zellen in allen denkbaren Formaten von kleinen Rundzellen bis zu großen prismatischen Batterien hergestellt. 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).
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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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