Baterie cynkowo-powietrzne

Baterie do aparatów słuchowych

Arkadiusz Stankiewicz

 

Baterie do aparatów słuchowych typu zinc-air (cynkowo-powietrzne) wykonane są w technologii różniącej się od większości innych baterii ponieważ do wytwarzanie energii elektrycznej pobierany jest w nich tlen znajdujący się w powietrzu. Następnie jest on wykorzystywany jako reagent katody. Praktycznie nieograniczony dostęp do tlenu pozwala bateriom cynkowo-powietrznym zaoferować znacznie lepsze parametry w porównaniu z bateriami wykonanymi w innych technologiach.

 

Historia

 

Baterie cynkowo-powietrzne (znic-air) zostały wynalezione w początkach XIX wieku jednak nie znalazły komercyjnego zastosowania aż do lat 30 XX wieku kiedy to wielkogabarytowe baterie tego typu zostały wykorzystane w sygnalizacji kolejowej. Produkcja cienkich i efektywnych katod powietrznych stosowanych w dzisiejszych bateriach cynkowo-powietrznych (zinc-air) rozpoczęła się na początku 1970 r. Miniaturyzacja i komercjalizacja tego produktu nastąpiła ok. 1977 r. Obecnie produkuje się tzw. baterie pastylkowe (baterie do aparatów słuchowych), oraz nieliczne baterie zespolone specjalnego zastosowania. Technologia zinc-air dostarcza największą wydajność prądową z wszystkich komercyjnie dostępnych technologii przy zachowaniu umiarkowanych kosztów produkcji. Te zalety są osiągnięte dzięki użyciu tlenu z atmosfery jako reagenta katody. Pozwala to na wypełnienie ogniwa większą ilością cynku będącego ‘paliwem’ baterii który jest jedynym materiałem zużywanym podczas rozładowania. To zwiększa zawartość materiału anody oferując 5-cio krotnie większą pojemność baterii w porównaniu z baterią z konwencjonalną anodą cynkową która musi zawierać jej utleniacz wewnątrz baterii. Większość baterii zawiera tą samą ilość materiału anody jak i katody przez co ich wydajność jest ograniczona do momentu który z nich zostanie zużyty pierwszy.

 

Przekrój baterii zinc-air

 

Zalety

 

  • Wysoka wydajność energetyczna — Baterie zinc-air (cynkowo-powietrzne) mają gęstość energii na jednostkę masy do 442 Wh/kg i gęstość energii na jednostę objętości do 1673 Wh/l. To jest około 5 razy więcej niż bateria alkaliczne i rtęciowa. Największa wydajność jest osiągana w warunkach regularnego lub wręcz ciągłego używania przy małym lub średnim poborze prądu i temperaturze pracy pomiędzy 0 – 50 °C. Takie warunki pracy występują właśnie w przypadku baterii do aparatów słuchowych.
  • Płaska krzywa rozładowania — Typowo bateria zinc-air (cynkowo-powietrzna) charakteryzuje się stałym napięciem pracy pomiędzy 1,1V a 1,25V podczas całego procesu rozładowywania się baterii.
  • Długi czas przechowywania — Zapakowane (niezaktywowane) baterie znic-air (cynkowo-powietrzne) tracą ok. 98% swojej pojemności po roku przechowywania w temperaturze 21 °C. Czas przechowywania nieaktywowanej baterii określa się na 3 lata.
  • Z natury bezpieczne – baterie zinc-air (cynkowo-powietrzne) oferują wbudowaną wentylację która praktycznie eliminuje możliwość gromadzenia się wewnętrznych gazów które mogłyby spowodować wybuch. Dodatkowo baterie tego typu uważane są za bezpieczne dla środowiska i w większości wypadków nie wymagają specjalnego traktowania.
  • Niskie koszty — baterie zinc-air (cynkow-powietrzne) oferują niskie koszty w przeliczeniu miliamper/godzinę w przypadku regularnego lub ciągłego używania.

Baterie do aparatów słuchowych firmy Rayovac i Duracell - aktualne ceny

 

Uwagi dotyczące użytkowania

 

  • Czas działania po zerwaniu naklejki — to okres czasu przez jaki bateria zinc-air zachowuje swoje parametry po zerwaniu naklejki zabezpieczającej bez ponownego jej przyklejania. Ponieważ baterie znic-air pobierają tlen z otaczającego powietrza jako reagent katody ulegają także wpływowi innych czynników z otoczenia. Szczególnie mogą wysychać z powodu niskiej wilgotności w otoczeniu lub przeciwnie ulec zawilgoceniu. Pobierają one także tlen i dwutlenek węgla z powietrza. Tlen może także przenikać przez elektrolit i wchodzić w reakcję z cynkiem. Dwutlenek węgla wchodzi w reakcję z elektrolitem. Jakkolwiek ilość dwutlenku węgla w otoczeniu jest mała to jego efekt ma w baterii charakter kumulacyjny. Możliwym jest przedłużenie czasu sprawności baterii poprzez ponowne naklejenie naklejki zabezpieczającej, ale realna skuteczność takiego postępowania jest zależna od warunków w których bateria się znajdowała. W przypadku stosowania baterii tego typu w aparatach słuchowych najlepszą praktyką jest zrywanie naklejki przed rozpoczęciem użycia i kontynuowanie używania aż do wyczerpania się baterii.
  • Rozszerzanie obudowy — procesowi rozładowywania baterii towarzyszy niewielki wzrost objętości obudowy związany z utlenianiem się cynku. Przykładowo bateria do aparatu słuchowego typ 675 po całkowitym rozładowaniu zwiększa swoją wysokość o około 0,000508 mm.
  • Dostęp powietrza — kluczową rolę podczas procesu rozładowywania się baterii jest dostęp powietrza. Utlenienie się każdego atomu cynku wymaga stałej ilości tlenu i dostarcza 4 elektrony do obwodu zewnętrznego. Bazując na tej prostej relacji ilość powietrza potrzebna na 1 Ah wynosi ok. 1,2 litra. To stawia przed producentami aparatów słuchowych konieczność odpowiedniego konstruowania komory baterii.

 

Na tym forum można wymienić się doświadczeniami związanymi z używaniem baterii do aparatów słuchowych.