Construcción de una batería de zinc-carbón | Célula de Leclanche

Construcción de la Batería de Leclanche

En la célula cilíndrica de Leclanche comúnmente disponible en el mercado tiene las siguientes características constructivas.

1. Una lata cilíndrica hecha con una fina lámina de zinc, sirve de ánodo y también contiene todos los demás materiales activos y electrolíticos de la batería.
   Idealmente, el zinc usado en la pila debe tener una pureza del 99,99%. Aunque, el zinc usado, para hacer un contenedor de pila de zinc-carbono tiene 0,03 a 0,06 % de cadmio y 0,02 a 0,04 % de plomo. El plomo le da al zinc una mejor calidad de formación, y también es un inhibidor de la corrosión, además, el cadmio proporciona una fuerte corrosión resistencia al zinc.
   El zinc utilizado en batería de zinc-carbón deben estar libres de impurezas como el cobalto, el cobre, el níquel, el hierro, porque estos materiales implican una reacción corrosiva con el zinc en presencia de electrolito. Además, el hierro hace que el zinc sea más duro. Las impurezas de tipo antimonio, arsénico y magnesio hacen que el zinc sea frágil.
2. El material del cátodo es dióxido de manganeso. El dióxido de manganeso se mezcla con negro de acetileno y se humedece con electrolito de cloruro de amonio, comprimido en una máquina hidráulica para dar una forma de bobina sólida.
   La bobina sirve como un electrodo positivo de la batería. El óxido de manganeso en polvo (MnO2) y el negro de carbón en polvo se mezclan con agua, cloruro de amonio (NH2Cl) o/y el cloruro de zinc (ZnCl2). Aquí, MnO2 es material catódico activo, pero altamente resistente a la electricidad, y el polvo negro de carbón aumenta la conductividad del cátodo. Como el polvo de carbono es un buen absorbente de la humedad, también mantiene el electrolito húmedo dentro de la bobina. La proporción de MnO2 y el carbono puede variar de 3:1 a 11:1 en peso dependiendo del diseño de la batería. Esta proporción también puede ser de 1:1 cuando la batería se fabrica para un flash de cámaras porque aquí los altos pulsos de corriente son más importantes que la capacidad.

   Hay pocos tipos de dióxido de manganeso utilizados en la pila seca de zinc-carbono.

   1. El Dióxido de Manganeso Natural (NMD) está disponible en el mineral natural del material. Estos minerales contienen entre el 70 y el 85% de dióxido de manganeso. Tiene una estructura cristalina de fase alfa y beta.
   2. El dióxido de manganeso sintetizado químicamente (CMD) contiene entre el 90 y el 95% de dióxido de manganeso puro. Tiene una estructura cristalina en fase delta.
   3. Dióxido de manganeso electrolítico (EMD). El EMD es más caro entre otros, pero en cuanto a su rendimiento es el mejor. Proporciona una mayor capacidad de la batería, y lo usamos en aplicaciones industriales de alto rendimiento. Tiene una estructura de cristal de fase gamma.

   Anteriormente el grafito se utilizaba como medio conductor de la bobina del cátodo, pero ahora se utiliza el negro de carbón, ya que tiene propiedades especiales para retener el electrolito húmedo y da mejor compresibilidad y viscosidad a la mezcla del cátodo. Las células que contienen negro de acetileno de carbono en su mezcla de cátodos, funcionan mejor en los servicios de inseminación, mientras que las células que contienen grafito en su mezcla de cátodos funcionan bien en la operación de corriente alta y continua.

3. Una varilla de carbono se inserta en este cátodo en forma de bobina, como un colector de corriente del cátodo. La parte superior de esta varilla de carbono también sirve como terminal positivo de la célula.
   
   Normalmente hacemos varillas de carbón con carbón comprimido. Es muy altamente conductivo. El carbono por naturaleza es altamente poroso. Mediante el tratamiento con cera y aceite, el carbono se hace menos poroso hasta cierto punto, cuando puede evitar que el electrolito húmedo lo atraviese, pero puede pasar gases a través de él. Hacemos esto de tal manera que los gases de hidrógeno y dióxido de carbono formados durante la descarga pesada de la batería pueden escapar a través de esta varilla de carbono. Dichos gases sólo consiguen que este camino poroso pase mientras sellamos la parte superior de la bobina con asfalto. Eso significa que una varilla de carbono en batería de zinc-carbón también sirve como pasaje de ventilación para los gases que se forman durante la descarga pesada.
4. El ánodo y el cátodo están separados por una fina capa de pasta de cereal mojada con cloruro de amonio y electrolito de cloruro de zinc o papel Kraft absorbente recubierto de almidón o polímero. El separador delgado disminuye la resistencia de la célula.
   Una comúnmente usada Célula de Leclanche tiene un electrolito que es una mezcla húmeda de cloruro de amonio y una cantidad menor de cloruro de zinc. Pero por otro lado, una celda de cloruro de zinc sólo utiliza cloruro de zinc húmedo como electrolito. Aunque también se puede añadir una pequeña cantidad de cloruro de amonio al cloruro de zinc, para asegurar el alto rendimiento de la pila de cloruro de zinc.
5. En la parte superior de la bobina de cátodo hay una arandela de apoyo (no conductora) colocada.
6. El sello de asfalto se proporciona por encima de esa arandela y luego por encima del sello de asfalto hay un sello de cera.
   Las disposiciones de sellado están en el batería para evitar la evaporación del electrolito y el agua durante su vida útil y de almacenamiento.
7. Después de este arreglo de sellado hay de nuevo una arandela colocada para mantener el material de sellado en su lugar.
8. Esta arandela superior también sostiene la cubierta metálica de una pieza, colocada en la parte superior de la varilla de carbono.
9. Ahora el conjunto está cubierto por una cubierta metálica, de papel o de plástico para dar un aspecto estético. Las etiquetas y las clasificaciones están escritas en la cubierta exterior de la celda.
10. El fondo de la celda a veces está cubierto por una cubierta de acero que proporciona una protección extra.