Магнезиев батерия | Химическо строеж на магнезиевата батерия
Магнезия се използва като аноден материал в първични батерии поради своята висока стандартна потенциалност. Това е лек метал. Също така е лесно достъпен, тъй като е евтин метал. Батерията магнезий/манган диоксид (Mg/MnO2) има два пъти по-дългосрочна служба, т.е. капацитет на батерията цинк/манган диоксид (Zn/MnO2) от същия размер. Тя също може да запази своя капацитет, при съхранение, дори при високи температури. Батерията с магнезий е много устойчива и се съхранява, тъй като винаги има защитен покрив, който се формира естествено върху повърхността на магнезиевия анод.
Батерията с магнезий губи способността си за съхранение, след като е частично разladen, и затова не е много подходяща за използване в дългосрочни прекъснати приложения. Това е основната причина, поради която батерията с магнезий губи популярност, а литиевите батерии заемат нейния пазар.
Химия на батерията с магнезий
В първичната батерия с магнезий, сплав от магнезий се използва като анод; манган диоксид се използва като катоден материал. Но манган диоксид не може да предостави необходимата проводимост на катода, затова ацетилен черен се смесва с манган диоксид, за да се постигне необходимата проводимост. Магнезий перхлорат се използва като електролит. Барай и литиев хромат се добавят към електролита, за да се предотврати корозията. Магнезий хидроксид също се добавя към тази смес като буферен агент, за да се подобри съхраняването.
Оксидационната реакция, която се състои в анода, е,
Редукционната реакция, която се състои в катода, е,
Обща реакция,
Отворената цепна напрежение, тази клетка дава около 2 волта, но теоретичната стойност на потенциала на клетката е 2.8 волта.
Вероятността за корозия на магнезия е много малка, дори при екстремни условия. Равният магнезий реагира с влага и образува тънка филма от Mg(OH)2 върху повърхността си.
Тази тънка филма от магнезиев пероксид служи като защитен слой срещу корозията на магнезия. Освен това хроматното лечение на магнезия значително подобрява тази защита. Но когато този защитен слой от магнезиев пероксид е пробит или премахнат поради разladenването на батерията, корозията се състои с образуване на водороден газ.
Това е основната химия на батерията с магнезий.
Конструкция на батерията с магнезий
Конструктивно цилиндричната клетка на батерията с магнезий е подобна на цилиндричната клетка на батерията с цинк-въглерод. Тук сплав от магнезий се използва като главен контейнер на батерията. Тази сплав е формирана от магнезий и малко количество алуминий и цинк. Тук, манган диоксид се използва като катоден материал. Тъй като манган диоксид има слаба проводимост, ацетилен черен се смесва с него, за да се подобри проводимостта му. Това също помага да се задържи вода в катода. В тази катодна смес барай хромат се добавя като инхибитор, а магнезий хидроксид се добавя като pH буфер. Магнезий перхлорат с литиев хромат, смесени с вода, се използват като електролит. Въглерод се вкарва в катодната смес като колектор на тока. Крафт хартии, абсорбиращи електролитна течност, се поставят между катодния и анодния материал като разделители. Особено внимание трябва да се обърне при проектирането на герметизиращата система на батерията с магнезий. Герметизацията на батерията не трябва да е толкова пориста, че влагата вътре в батерията ще се изпарява при съхранение, и не трябва да е толкова непориста, че водородният газ, образуван при разladenване, не може да излезе от батерията. Затова герметизацията на батерията трябва да задържа влагата в нея, и в същото време, да осигурява достатъчен изход за водородния газ, образуван при разladenване. Това може да се направи, като се предостави малка дупка върху горната част на пластмасовата герметизация, измирана под задържателната обиколка. Когато излишният газ излиза през дупката, тази задържателна обиколка се деформира от налягането, което води до излизането на газа.
а
Магнезиевият анод формира външния покрив на батерията, но друга конструкция на батерията с магнезий също е налична, където въглеродът формира външния контейнер на батерията. Тук типично оформен контейнер се формира от високо проводим въглерод. Този контейнер е формиран в цилиндрична чаша, и една стержуноподобна форма се проектира от центъра му, както е показано на снимката. Анодът на батерията е формиран от цилиндър или барабан от магнезий. Диаметърът на цилиндричния анод е около половината от въглеродната чаша. Катодната смес се поставя вътре в този аноден цилиндър и е отделена от вътрешната стена на цилиндъра с хартиен разделител. Пространството между вътрешната повърхност на въглеродната чаша и външната повърхност на анодния цилиндър също се запълва с катодна смес, и тук също външната повърхност на анодния цилиндър е отделена от катодната смес с хартиен разделител. Катодната смес се произвежда, като се смеси манган диоксид, въглерод черен, и малко количество воден магнезий бромид или перхлорат като електролит. Положителният терминал е свързан с края на въглеродната чаша. Отрицателният терминал е свързан с края на анодния барабан. Цялата система е инкапсулирана в оцинкована стоманена яка, заградена с кримпа.
Преимущества на батерията с магнезий
Има много добра самолична живот; може да се съхранява за дълго време, дори при високи температури. Тези батерии могат да се съхраняват до 5 години при температура 20oC.
Има два пъти по-голям капацитет в сравнение с равнозначна по размер Leclanche батерия.
По-висока батерийна напрежение в сравнение с батерията с цинк-въглерод.
Цената също е умерена.
Недостатъци на батерията с магнезий
Забавено действие.(замързващо напрежение)
Образуване на водород при разladenване.
Генериране на топлина при използване.
Слабо съхранение след частично разladenване.
Батерията вече не се произвежда комерсиално.
