Remote-LAB GymKT

Leclanchérův článek je elektrochemickým zdrojem systému: oxid manganičitý zinek (MnO₂–Zn) s mírně kyselým elektrolytem s převahou NH₄Cl (salmiak). Jedná se o první masově vyráběný druh chemického zdroje elektrické energie. V Leclancheově článku se používá zinek jako anoda, oxid manganičitý je použit jako katoda a chlorid amonný se používá jako hlavní část elektrolytu, ale je v elektrolytu i nějaký podíl chloridu zinečnatého. Zinek se oxiduje a každý atom zinku zapojený v této reakci uvolňuje dva elektrony. Tyto elektrony odcházejí do vnějšího obvodu. Na katodě je MnO₂ redukován za vzniku vodu a amoniaku. Ale při této chemické reakci některé z amonných iontů se přímo redukuje elektrony a vytvářejí plynný amoniak a vodík.

Záporná elektroda: $\mathrm{Zn}\to {\mathrm{Zn}}^{\mathrm{2+}}+2{\text{e}}^{\mathrm{–}}$
Kladná elektroda: $2{\mathrm{NH}}_4^{+}+2{\text{e}}^{\mathrm{–}}\to 2{\mathrm{NH}}_3+{\text{H}}_2$

Tento plynný amoniak dále reaguje s chloridem zinečnatým (ZnCl₂) a dojde k vytvoření pevného chloridu diamminzinečnatého a plynný vodík reaguje s oxidem manganičitým za vzniku pevného oxidu manganitého a vody.

Následné pohlcování vzniklých plynů lze zapsat následujícími reakcemi (Těmito reakcemi se zabrání tvorbě tlaku při vybíjení baterie):

Celkovou reakci lze tedy zapsat:

Nevýhodou tohoto článku a jeho uspořádání je to, že kovová zinková anoda (současně tvořící nádobu článku) se během vybíjení nerovnoměrně rozpouští a tak může docházet k předčasnému vytékání elektrolytu, který mohl zničit spotřebič. K zamezení tohoto jevu, býval do článku přidáván vysoce toxický chlorid rtuťnatý. Tento postup je dnes sice zakázán, bohužel se s ním můžeme ještě setkat u některých východoasijských baterií.

Z výše uvedeného důvodu jsou dnes většinou výrobců Leclancheovy články nahrazovány bateriemi systému oxid manganičitý zinek s mírně kyselým elektrolytem s převahou chloridu zinečnatého, označovanými jako zinko-chloridové články.

Zinko-chloridový článek je opět elektrochemickým zdrojem systému: oxid manganičitý zinek (MnO₂–Zn) s mírně kyselým elektrolytem, ale tentokráte s převahou ZnCl₂ (chlorid zinečnatý). Její konstrukční uspořádání je shodné s Leclanchéovým článkem. Zinek se používá jako anoda, oxid manganičitý se používá jako katoda a chloridu zinečnatý se používá jako elektrolyt.

Elektrochemický děj probíhající při vybíjení se de facto liší jen reakcí na kladné elektrodě:

Záporná elektroda: ${\mathrm{MnO}}_2+{\text{e}}^{\text{–}}+{\text{H}}_2\text{O}\to \mathrm{MnO}\left(\mathrm{OH}\right)+{\mathrm{OH}}^{\text{–}}$
Kladná elektroda: $\mathrm{Zn}+2{\mathrm{OH}}^{\text{–}}\to 2{\text{e}}^{\text{–}}+\mathrm{ZnO}+{\text{H}}_2\text{O}$

I u tohoto galvanického článku následují další reakce:

$4\mathrm{ZnO}+{\mathrm{Zn}}^{\text{+2}}+2{\mathrm{Cl}}^{\text{–}}+4{\text{H}}_{\text{2}}\text{O}+{\text{H}}_{\text{2}}\text{O}\to {\text{ZnCl}}_{\text{2}}·4\mathrm{ZnO}·5{\text{H}}_{\text{2}}\text{O}$

Celkovou rovnice článku je možné vyjádřit následující rovnicí:

Z porovnání rovnic (1) a (2) vidíme, že při vybíjení baterií s chloridem amonným voda vzniká, při vybíjení zinko-chloridových baterií se naopak voda spotřebovává. Proto jsou zinko-chloridové baterie mnohem méně náchylné na vytékání elektrolytu. Další výhodou těchto článků je docílení výrazného prodloužení povolené doby skladování takových baterií (až 3 roky). Technické parametry zinko-chloridových článků závisí zejména na typu použitého oxid manganičitého. Náhradou přírodního oxidu za elektrolyticky připravený lze výrazně zvýšit užitné vlastnosti článků, ale bohužel za cenu vyšší ceny.

Alkalické články jsou články systému oxid manganičitý zinek (MnO₂–Zn) s alkalickým elektrolytem. Oproti bateriím s chloridovým elektrolytem jsou alkalické baterie schopné poskytovat mnohem větší proudy při malém poklesu napětí, proto jsou vhodné pro aplikace, kde je vyžadována velká proudová zátěž (hračky, digitální fotoaparáty…). Samozřejmě jsou používány i v zařízeních s malými proudovými odběry, a to hlavně tam, kde je kladen důraz na ochranu zařízení před únikem elektrolytu. Ocelová nádobka článku je kladným pólem, neslouží jako elektrochemicky aktivní materiál a nezúčastňuje se tedy elektrochemické reakce, což prakticky zamezuje možnosti vytékání elektrolytu způsobenému její korozí.

V alkalickém článku slouží práškový zinek jako záporná elektroda, oxid manganičitý slouží jako kladná elektroda a hydroxid draselný slouží jako elektrolyt:

Záporná elektroda: $\mathrm{Zn}+2{\mathrm{OH}}^{\text{–}}\to 2{\text{e}}^{\text{–}}+\mathrm{ZnO}+{\text{H}}_{\text{2}}\text{O}$
Kladná elektroda: $2{\mathrm{MnO}}_2+{\text{H}}_{\text{2}}\text{O}+2{\text{e}}^{\text{–}}\to {\mathrm{Mn}}_2{\text{O}}_3+2{\text{OH}}^{\text{–}}$

Celková reakce:

2 MnO₂ + Zn → Mn₂O₃ + ZnO

(3)

Někdy je v celkové reakce ještě zohledněna následná reakce vznikajícího ZnO s elektrolytem KOH, která již však nemá vliv na vznikající elektrické napětí (nemění se oxidační čísla):

Alkalický článek je dimenzován na 1,5 V. Nový nevybitý alkalický článek ukazuje napětí 1,50-1,65 V. Průměrná hodnota napětí za stavu zatížení může být 1,1-1,3 V. Kupříkladu klasický tužkový alkalický článek (typ AA) je obecně dimenzován pro jmenovitý proud až 700 mA.

Z porovnání rovnic (1), (2) a (3) vyplývá, že předností alkalických článků je vyšší využití MnO₂, neboť redukce Mn⁴⁺ u nich probíhá až na Mn²⁺, zatímco u baterií s mírně kyselým elektrolytem se proces zastaví na Mn³⁺.

(4)

(5)

(6)