Наиболее широко применяются элементы и батареи электрохимической пары цинк - двуокись марганца, или, как их обычно называют, марганцево-цинковые (МЦ) элементы. Фонари, радиоприемная и радиопередающая аппаратура, телефония, сигнальные приборы, измерительная аппаратура - вот далеко не полный перечень применения этих крайне неприхотливых, удобных в эксплуатации и дешевых источников тока.

Электрохимическая система цинк - двуокись марганца имеет две модификации: одну с хлоридным (солевым) и другую со щелочным электролитом.

Марганцево-цинковые элементы с солевым электролитом, разработанные около ста лет назад, до настоящего времени являются наиболее распространенными источниками тока. По конструкции сухие МЦ элементы разделяются на стаканчиковые и галетные.

Положительным электродом стаканчикового элемента служит двуокись марганца в смеси с порошкообразным графитом, напрессованная на угольный стержень, являющийся токоотводом. Отрицательным электродом является цинковый стакан. Электролит в стаканчиковом элементе состоит из хлористого аммония и хлористого цинка, загущенных крахмалом и мукой.

В стаканчиковых элементах, изготавливаемых по обычной технологии, электролит в виде пасты занимает пространство между массой положительного электрода и цинковым стаканом. В элементах, изготавливаемых по новой, так называемой набивной технологии (положительный электрод оборачивается бумагой и прессуется), удалось повысить емкость за счет сокращения расстояния между электродами и увеличения массы положительного электрода.

С наружной стороны цинковый стакан заключен в картонный, пластмассовый или жестяной футляр.

В галетном элементе в качестве положительного электрода служит брикет из двуокиси марганца; электролитом пропитана картонная прокладка между брикетом и цинковой пластиной, являющейся отрицательным электродом. С наружной стороны цинковая пластина покрыта специальным электропроводящим слоем, обеспечивающим хороший электрический контакт при соединении галетных элементов в батарею.

Галетный элемент имеет чехол из полихлорвиниловой пленки, который одновременно является каркасом и обеспечивает необходимую механическую прочность всей сборки галетного элемента и его изоляцию.

Сборка галетных элементов в батарею производится путем наложения выступа брикета положительного электрода одной галеты на утопленный электропроводный слой отрицательного электрода другой. Несколько соединенных таким образом элементов составляют блок, который тщательно упаковывается в изоляционный материал.

Батарея галетных элементов так же, как и стаканчиковая, образуется из отдельных блоков путем их последовательного или параллельного соединения.

По своей работоспособности МЦ элементы и батареи разделяются на элементы "л" - летнего типа с температурным интервалом от -20° до +60° С и элементы "у" - универсальные, работающие в широком интервале температур от -40° до +60° С.

Сухие элементы МЦ системы с солевым электролитом обладают хорошей ударной прочностью и выдерживают нагрузку с ускорением 120 g и вибрационную нагрузку с ускорением от 2 до 4 g в диапазоне частот от 10 до 70 Гц.

Элементы, изготовленные по набивной технологии, значительно превосходят по удельной энергии элементы обычного типа, в том числе и галетные.

Новые элементы, как правило, работоспособны в широком интервале температур от -40° до +60°, чем отличаются в лучшую сторону от элементов и батарей, выпускаемых в прошлые годы.

Помимо МЦ элементов и батарей необходимо отметить воздушно-цинковые (ВЦ) элементы и батареи со щелочным электролитом, у которых роль положительного электрода выполняет кислород воздуха. МЦ и ВЦ элементы со щелочным электролитом свидетельствуют о значительном улучшении характеристик сухих элементов и батарей. Эти улучшения выразились в первую очередь в значительном увеличении срока службы и срока сохранности элементов, а также повышении удельной энергии.

Отличительной особенностью новых элементов и батарей со щелочным электролитом является возможность их повторных перезарядок, что значительно расширяет диапазон их применения в малогабаритной аппаратуре.

Большое внимание разработкам воздушно-цинковых и кислородно-цинковых (КЦ) гальванических элементов уделяется за рубежом. Так, например, в США разработана воздушно-цинковая гальваническая батарея, состоящая из элементов, имеющих две катодные и одну анодную пластину из пористого цинка. Катодные пластины в этом элементе называются "воздуходышащими". Электролит щелочной - 30% раствор KOH. Помимо высоких удельных характеристик ВЦ элементов этого типа их отличительной особенностью является еще и то, что перезаряд элементов осуществляется механической заменой израсходованного цинкового электрода новым. Еще более высокими удельными характеристиками обладает гальваническая кислородно-цинковая батарея.

Новые КЦ элементы так же, как и ВЦ элементы, состоят из двух гидрофобных катодных пластин и одной анодной пористой цинковой пластины. Роль положительного электрода в этом элементе играет кислород, подаваемый в элемент из баллона под высоким давлением. Несмотря на необходимость применения баллона с жидким кислородом и связанную с этим особую прочность элемента за счет увеличения толщины стенок сосудов, что в целом приводит к увеличению веса, новый КЦ элемент по удельной энергии превышает СЦ аккумуляторную батарею в шесть раз.

Токообразующая реакция в марганцево-цинковых элементах как с солевым (хлоридным), так и щелочным электролитом может быть представлена уравнением

Практически в элементах имеют место процессы, происходящие при взаимодействии цинка с электролитом, но они здесь не приводятся.

В элементах воздушно-цинковой конструкции, где положительным электродом служит кислород воздуха, электрохимическая реакция определяется уравнением

К числу недостатков сухих марганцево-цинковых элементов относится саморазряд в процессе хранения, достигающий для некоторых типов элементов потери почти 30% емкости в год. Недостатком этих элементов является также нестабильность разрядного напряжения, точнее его большой перепад в процессе разряда.

По сведениям зарубежных авторов, резкое снижение саморазряда элементов и батарей с солевым электролитом может быть достигнуто путем их хранения при низкой температуре. Так, по приведенным в печати данным, при хранении МЦ элементов при температуре -34° C потери емкости за 10 лет хранения составили всего 25%. Хранившиеся то же время при температуре -12° C элементы потеряли 70% емкости, а при 0° C потеряли емкость полностью. Хранившиеся при температуре +21° C такие же элементы потеряли емкость полностью уже после 5 лет хранения.

При всей своей неприхотливости сухие МЦ и ВЦ элементы и батареи требуют все же соблюдения элементарных правил обращения, особенно если потребитель предполагает проводить их повторные перезарядки, а именно: не разряжать элементы и батареи ниже 0,9 В на элемент, не хранить батареи в теплом месте около печей и батарей отопления, не хранить элементы и батареи во влажной атмосфере или в помещении, где ведутся работы с различными химическими веществами.