Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS
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Batería de zinc-carbono
La batería de zinc-carbono se está utilizando popularmente durante los últimos 100 años. Por lo general, hay dos tipos de baterías de zinc-carbono disponibles: la batería Leclanche y la batería de cloruro de zinc. Ambos son batería primaria. Esta batería fue inventada por Goerge Lionel Leclanche en 1866. Esta fue la primera batería en la que se utilizó un electrolito de baja corrosión como el cloruro de amonio. Antes de eso, solo se usaban ácidos minerales fuertes como electrolito del sistema de batería.
En esta celda de batería, se usó un frasco de vidrio como contenedor principal. El recipiente se llenó con una solución de cloruro de amonio como electrolito. Se sumergió una varilla de zinc amalgamado en este electrolito como electrodo negativo o ánodo. En esta celda de batería Leclanche, se llenó un recipiente poroso con una mezcla de dióxido de manganeso y polvo de carbono. Se insertó una varilla de carbono en esta mezcla.
La olla porosa junto con la mezcla y la varilla de carbono sirvieron como electrodo positivo o cátodo y este se colocó en la solución de cloruro de amonio en la jarra. En 1876, el propio Leclanche mejoró su propio diseño de prototipo de batería de zinc-carbón.. Aquí mezcló un aglutinante de goma de resina con dióxido de manganeso y polvo de carbono para formar un bloque sólido comprimido de la mezcla por presión hidráulica. Debido a esta sólida estructura de mezcla de cátodos, no hay más necesidad de un recipiente poroso en la celda de batería Leclanche. En 1888, el Dr. Carl Gassner, desarrolló aún más la construcción de la celda de Leclanche. Aquí utilizó una pasta de yeso de París y cloruro de amonio como electrolito, en lugar de cloruro de amonio líquido. En lugar de insertar una varilla de zinc dentro del electrolito en un recipiente de vidrio, hizo el recipiente con zinc mismo. Por tanto, este contenedor también sirve como ánodo de la batería. Minimizó la acción química local en su batería envolviendo paños saturados de cloruro de zinc y cloruro de amonio en el bloque de mezcla de cátodo cilíndrico.
Posteriormente sustituyó el yeso de París por harina de trigo, en mezcla de electrolitos. Este fue el primer diseño comercial de celda de batería de carbono zinc seco. Este no fue el final del viaje. La pila Leclanché se desarrolló aún más para satisfacer su demanda de mercado en curso en el 20 º siglo. Posteriormente se utilizó negro de acetileno como colector de corriente catódica. Este es más conductor que el grafito. También se ha desarrollado el diseño del separador y el sistema de sellado de ventilación. 
Después de 1960, se dirigieron más esfuerzos al desarrollo de pilas de batería de cloruro de zinc. Esta es también una versión popular de la batería de zinc-carbono.. Aquí, el cloruro de zinc se usa como electrolito en lugar de cloruro de amonio. Esto fue desarrollado para proporcionar un mejor rendimiento en la aplicación de drenaje pesado. En otras palabras, la batería de cloruro de zinc es un sustituto mejorado de la batería de Leclanche en aplicaciones de gran consumo.
Reacción química en batería de zinc-carbono
En la celda de batería Leclanche, el zinc se usa como ánodo, el dióxido de manganeso se usa como cátodo y el cloruro de amonio se usa como electrolito principal, pero hay un porcentaje de cloruro de zinc en el electrolito. En la celda de la batería de cloruro de zinc, el zinc se usa como ánodo, el dióxido de manganeso se usa como cátodo y el cloruro de zinc se usa como electrolito.
En ambas baterías de zinc-carbono, durante la descarga, el ánodo de zinc se involucra en una reacción de oxidación y cada átomo de zinc involucrado en esta reacción libera dos electrones. 
Estos electrones llegan al cátodo a través de un circuito de carga externo.
En la celda de batería Leclanche, el cloruro de amonio (NH 4 Cl) existe en la mezcla de electrolitos como NH 4 + y Cl – . En cátodo MnO 2se reducirá a Mn 2 O 3 en reacción con el ion amonio (NH 4 + ). Además de Mn 2 O 3, esta reacción también produce amoniaco (NH 3 ) y agua (H 2 0). 
Pero durante este proceso químico, algunos de los iones de amonio (NH 4 + ) son directamente reducidos por los electrones y forman amoniaco gaseoso (NH 3 ) e hidrógeno (H 2 ). 
En la batería de zinc-carbono, este gas amoniaco reacciona además con el cloruro de zinc (ZnCl 2) para formar cloruro de amonio y zinc sólido y el hidrógeno gaseoso reacciona con dióxido de manganeso para formar trióxido de di-manganeso sólido y agua. Estas dos reacciones evitan la formación de presión de gas durante la descarga de la batería. 
La reacción general es: 
Una batería de cloruro de zinc es una versión mejorada de la batería de zinc-carbono. Estas baterías generalmente están etiquetadas como baterías de servicio pesado. Una celda de cloruro de zinc contiene solo pasta de cloruro de zinc (ZnCl 2 ) como electrolito. Esta batería proporciona más corriente, más voltaje y más vida que una batería de zinc-carbono de uso general. La reacción del cátodo es, la 
reacción general es,
Clasificación de voltaje de la batería de zinc-carbono
La clasificación de voltaje estándar de una batería de zinc-carbono está determinada por el tipo de materiales de ánodo y cátodo utilizados en la celda de la batería. En las pilas de zinc-carbono, el zinc es el material del ánodo y el dióxido de manganeso es el material del cátodo. El potencial de electrodo de zinc es de – 0,7 voltios, mientras que el potencial de electrodo de dióxido de manganeso es de 1,28.
Por lo tanto, el voltaje teórico de cada celda debe ser – (- 0.76) + 1.23 = 1.99 V pero considerando muchas condiciones prácticas, la salida de voltaje real de una batería estándar de zinc-carbón no es más de 1.5 V.
Densidad de energía de la celda de batería de zinc-carbono
El peso molar del material del cátodo, dióxido de manganeso, es 87 g / mol. Aquí, en la reacción de la batería, se encuentra que dos electrones reducen dos moléculas de dióxido de manganeso. Por tanto, según la constante de Faraday, se pueden suministrar 28,6 Ah mediante la reducción completa de un mol u 87 g de dióxido de manganeso. Por lo tanto, se requiere 87 / 26.8 = 3.24 g de dióxido de manganeso para entregar 1 Ah de electricidad.
El peso molar del ánodo, material de zinc, es de 65 g / mol. Aquí, en la reacción de la batería, se encuentra que dos electrones oxidan un átomo de zinc. Por lo tanto, según la constante de Faraday, se pueden suministrar 28,6 Ah mediante la oxidación completa de un mol o 65/2 go 32,5 g de zinc. Por lo tanto, se requieren 32.5 / 26.8 = 1.21 g de zinc para entregar 1 Ah de electricidad.
La densidad de energía total de la batería de zinc-carbono es 3,24 g / Ah + 1,21 g / Ah = 4,45 g / Ah = 1 / 4,45 Ah / g = 0,224 Ah / go 224 Ah / Kg. Este es un cálculo absolutamente teórico, pero en la práctica muchos otros materiales como electrolito, negro de humo, agua se incluirán en la batería, cuyo peso no se puede omitir. Además de estas muchas otras condiciones prácticas, se deben considerar en una batería. Teniendo todo en cuenta, una práctica celda de batería Leclanche de baja descarga tiene una densidad de energía de 75 Ah / Kg y lo mismo para la batería de alta resistencia y descarga intermitente, es de aproximadamente 35 Ah / Kg.
Tipos de batería de zinc-carbono
Como dijimos anteriormente, existen dos tipos de baterías de zinc-carbono .
- La batería de Leclanche
- Batería de cloruro de zinc.
Una vez más, las baterías de Leclanche son de dos tipos principales, celdas de uso general y celdas de servicio pesado.
En la batería Leclanche de bajo costo de uso general, el zinc puro se usa como ánodo, el cloruro de amonio se usa como electrolito principal junto con un porcentaje de cloruro de zinc. Aquí se utiliza mineral de dióxido de manganeso natural como material de cátodo. Estas baterías se utilizan generalmente cuando el costo es un factor más importante que su rendimiento.
La aplicación de la batería Leclanche de alta resistencia está dominada por la batería de cloruro de zinc, pero aún algunos de los fabricantes continúan produciendo la batería Leclanche de alta resistencia agregando dióxido de manganeso electrolítico o químico junto con mineral de dióxido de manganeso como cátodo.
En la batería de cloruro de zinc de uso general, se utiliza zinc puro como ánodo; El cloruro de zinc se utiliza como electrolito. A veces, se agrega una pequeña cantidad de cloruro de amonio al electrolito. Aquí también se utiliza mineral de dióxido de manganeso natural como material de cátodo.
Para aplicaciones industriales de servicio pesado, el dióxido de manganeso electrolítico se agrega al dióxido de manganeso de mineral natural en el cátodo. Estas baterías compiten en costos con la batería de servicio pesado de Leclanche. Esta batería tiene pocas fugas, en comparación con la celda de Leclanche.
En la celda de cloruro de zinc de uso extra o superpesado, se agrega una cantidad muy pequeña de cloruro de amonio al electrolito de cloruro de zinc. La cantidad de cloruro de zinc debe ser inferior al 1% de su peso de cátodo. El óxido de manganeso mineral se reemplaza por óxido de manganeso electrolítico en los materiales del cátodo. Estas celdas utilizan un separador de papel recubierto con almidones reticulados o modificados, que mejoran su estabilidad en el electrolito. La batería de cloruro de zinc para trabajo extra o superresistente se utiliza cuando se requiere un alto rendimiento, incluso a costa de grandes gastos. Funciona bien a baja temperatura, lo que no es posible en el caso de la celda de Leclanche.
Tipos de baterías de zinc-carbono según tamaño
| Tamaño | Peso | Diámetro | Altura | Figura de referencia |
| norte | 6.2 gramos | 12 mm | 30,2 milímetros |  |
| AAA | 8.5 gramos | 10,5 milímetros | 44,5 milímetros |  |
| Automóvil club británico | 15 gramos | 14,5 milímetros | 50,5 milímetros |  |
| C | 41 gramos | 26,2 milímetros | 50 mm |  |
| D | 90 gramos | 34,2 milímetros | 61,5 milímetros |  |
| F | 160 gramos | 34 mm | 92 mm |  |
| No – 6 | 900 gramos | 67 milímetros | 170 mm |  |
Ventajas y desventajas de la batería de zinc-carbono
Las ventajas de la batería de zinc-carbono se pueden enumerar a continuación.
Ventajas de la batería de Leclanche
- El costo de esta celda de batería es bastante bajo.
- Varias formas, tamaños y capacidades de estas celdas están fácilmente disponibles.
- Larga fiabilidad tradicional.
Desventajas de la batería de Leclanche
- Su densidad de energía es bastante baja.
- Da mal servicio a baja temperatura.
- Tiene poca resistencia a las fugas .
- No puede funcionar de manera eficiente en aplicaciones de drenaje de alta corriente.
- La vida personal no es muy buena.
- Su voltaje cae constantemente con la descarga.
Ventajas de la batería de cloruro de zinc
- La batería de cloruro de zinc dispone de una mayor densidad de energía.
- La batería de cloruro de zinc tiene una alta eficiencia en condiciones de descarga intensa.
- Tiene un mejor rendimiento a baja temperatura.
- Menor resistencia a las fugas.
Desventajas de la batería de zinc-carbono
- La tasa de gasificación de esta batería es mayor.
- Esto es más sensible al oxígeno.
