بطارية المغنيسيوم | تركيب الكيميائي لبطارية المغنيسيوم
يُستخدم المغنيسيوم كمواد أنود في البطاريات الأولية بسبب قدرته القياسية العالية. إنه معدن خفيف وسهل الحصول عليه كونه معدنًا منخفض التكلفة. تبلغ عمر الخدمة للبطارية المغنيسيوم/أكسيد المنغنيز (Mg/MnO2) ضعف عمر الخدمة للبطارية الزنك/أكسيد المنغنيز (Zn/MnO2) بنفس الحجم. كما يمكنها الحفاظ على قدرتها حتى في درجات الحرارة العالية. البطارية المغنيسيوم متينة وقابلة للتخزين لأن لها غطاء حماية يتشكل بشكل طبيعي على سطح الأنود المغنيسيوم.
تفقد البطارية المغنيسيوم قابلية التخزين بمجرد إفراغها جزئيًا، وهذا هو السبب الرئيسي لعدم ملاءمتها للاستخدام في التطبيقات المتقطعة طويلة الأمد. لهذا السبب، فإن البطارية المغنيسيوم تفقد شعبيتها وتستولي عليها بطاريات الليثيوم.
كيمياء بطارية المغنيسيوم
في البطارية الأولية للمغنيسيوم، يتم استخدام سبيكة المغنيسيوم كأنود؛ بينما يتم استخدام أكسيد المنغنيز كمادة الكاثود. ولكن أكسيد المنغنيز لا يمكنه توفير التوصيلية اللازمة للكاثود، ولذلك يتم خلط الأسيتيلين الأسود مع أكسيد المنغنيز لتحقيق التوصيلية المطلوبة. يتم استخدام البيروكلوريت المغنيسيوم ك الإلكتروليت. يتم إضافة كرومات الباريوم والليثيوم إلى الإلكتروليت لمنع التآكل. يتم أيضًا إضافة هيدروكسيد المغنيسيوم لهذه الخليط كعامل تحميض لتحسين قابلية التخزين.
التفاعل التأكسدي الذي يحدث في الأنود هو،
التفاعل الاختزالي الذي يحدث في الكاثود هو،
التفاعل الكلي،
الفولتية عند فتح الدائرة تعطي حوالي 2 فولت ولكن القيمة النظرية لجهد الخلية هي 2.8 فولت.
إن احتمال تآكل المغنيسيوم قليل جدًا حتى تحت ظروف بيئية متطرفة. يتفاعل المغنيسيوم الخام مع الرطوبة ويشكل طبقة رقيقة من Mg(OH)2 على سطحه.
تعمل هذه الطبقة الرقيقة من بيروكسيد المغنيسيوم كطبقة حماية ضد التآكل فوق المغنيسيوم. بالإضافة إلى ذلك، يحسن علاج الكرومات على المغنيسيوم هذا الحماية إلى حد كبير. ولكن عندما يتم ثقب أو إزالة هذه الطبقة الواقية من بيروكسيد المغنيسيوم بسبب إفراغ البطارية، يحدث التآكل مع تكون غاز الهيدروجين.
هذه هي الكيمياء الأساسية لبطارية المغنيسيوم.
بناء بطارية المغنيسيوم
من حيث البناء، فإن خلية بطارية المغنيسيوم الأسطوانية مشابهة لخلية بطارية الزنك الكربونية الأسطوانية. هنا يتم استخدام سبيكة المغنيسيوم كحاوية رئيسية للبطارية. تتكون هذه السبيكة من المغنيسيوم وكمية صغيرة من الألومنيوم والزنك. يتم استخدام أكسيد المنغنيز كمادة الكاثود. نظرًا لأن أكسيد المنغنيز له توصيلية ضعيفة، يتم خلط الأسيتيلين الأسود معه لتحسين توصيليته. هذا يساعد أيضًا على الاحتفاظ بالماء داخل الكاثود. يتم إضافة كرومات الباريوم إلى خليط الكاثود كمثبط، ويتم أيضًا إضافة هيدروكسيد المغنيسيوم كمحدد لدرجة الحموضة. يتم استخدام البيروكلوريت المغنيسيوم مع كرومات الليثيوم الممزوج بالماء ك الإلكتروليت. يتم إدخال الكربون في خليط الكاثود كمشترك تيار. يتم وضع أوراق الكرافت المشبعة بحل الإلكتروليت بين مواد الكاثود والأنود كفصلات. يجب أن يُعطى اهتمام خاص أثناء تصميم ترتيب الغلق في بطارية المغنيسيوم. يجب ألا يكون غلق البطارية مساميًا جدًا بحيث يتم تبخر الرطوبة داخل البطارية أثناء تخزينها، ولا يجب أن يكون غير مسامي جدًا بحيث لا يمكن للغاز الهيدروجين الناتج أثناء الإفراغ الهروب من البطارية. لذلك يجب أن يحتفظ غلق البطارية بالرطوبة داخلها وفي نفس الوقت يوفر فتحًا كافيًا للغاز الهيدروجين الناتج أثناء الإفراغ. يمكن القيام بذلك عن طريق توفير فتحة صغيرة في الجزء العلوي من الغلاف البلاستيكي المغسول تحت حلقة الاحتفاظ. عندما يخرج الغاز الزائد من الفتحة، تتشوه حلقة الاحتفاظ بسبب الضغط مما يؤدي إلى هروب الغاز.
a
يشكل الأنود المغنيسيوم الغطاء الخارجي للبطارية، ولكن هناك أيضًا بناء آخر لـ بطارية المغنيسيوم حيث يشكل الكربون الحاوية الخارجية للبطارية. يتم تشكيل هذه الحاوية من الكربون الموصل للغاية على شكل كوب أسطواني، ويتم إسقاط شكل قضيب منها في المركز كما هو موضح في الصورة. يتم تشكيل الأنود للبطارية بواسطة أسطوانة أو طبول من المغنيسيوم. قطر الأسطوانة الأنودية حوالي نصف كوب الكربون. يتم وضع خليط الكاثود داخل هذه الأسطوانة الأنودية ويتم فصله عن الجدار الداخلي للأسطوانة بواسطة فاصل ورقي. المساحة بين السطح الداخلي لكوب الكربون والسطح الخارجي للأسطوانة الأنودية مملوءة أيضًا بخليط الكاثود وهنا أيضًا يتم فصل السطح الخارجي للأسطوانة الأنودية عن خليط الكاثود بواسطة فاصل ورقي. يتم إنتاج خليط الكاثود عن طريق خلط أكسيد المنغنيز والكربون الأسود وكمية صغيرة من بروميد المغنيسيوم أو البيروكلوريت ك الإلكتروليت. يتم توصيل الطرف الموجب بكوب الكربون. يتم توصيل الطرف السالب بطرف طبول الأنود. يتم تغليف النظام بأكمله في جاكيت من الفولاذ المجلفن المقلّم.
مزايا بطارية المغنيسيوم
لديها حياة ذاتية جيدة جدًا؛ يمكن تخزينها لفترة طويلة حتى تحت درجات حرارة عالية. يمكن تخزين هذه البطارية لمدة تصل إلى 5 سنوات عند درجة حرارة 20oC.
لديها قدرة ضعف البطارية اللكلانشية المكافئة في الحجم.
جهد أعلى للبطارية من بطارية الزنك الكربونية.
التكلفة معتدلة أيضًا.
عيوب بطارية المغنيسيوم
تأخير في العمل (تأخير الجهد).
إفراز الهيدروجين أثناء الإفراغ.
توليد الحرارة أثناء الاستخدام.
تخزين ضعيف بعد الإفراغ الجزئي.
لم تعد البطاريات تُصنع تجاريًا.
