Bateria de Magnesi | Construcció Química de la Bateria de Magnesi
El magnesi s'utilitza com a material d'ànoda en bateries primàries degut al seu alt potencial estàndard. És un metall lleuger. També és fàcilment accessible, sent un metall de baix cost. La bateria de magnesi/dióxid de manganes (Mg/MnO2) té el doble de vida útil, és a dir, capacitat, que la bateria de zinc/dióxid de manganes (Zn/MnO2) del mateix tamany. També pot mantenir la seva capacitat durant l'emmagatzematge, fins i tot a temperatures altes. La bateria de magnesi és molt duradora i emmagatzenable ja que sempre té una cobertura protectora que es forma de manera natural a la superfície de l'ànoda de magnesi.
La bateria de magnesi perd la seva capacitat d'emmagatzematge un cop ha estat descarregada parcialment, i per aquest motiu no és gaire adequada per a aplicacions intermigues a llarg termini. Aquesta és la raó principal pel qual la bateria de magnesi està perdent popularitat, i les bateries de lítium estan ocupant el seu mercat.
Química de la Bateria de Magnesi
En la bateria de magnesi primària, s'utilitza una alliota de magnesi com ànoda; el diòxid de manganes s'utilitza com a material catedràtic. Però el diòxid de manganes no pot proporcionar la conductivitat requerida al catode, i per això es mescla amb carboni acetilènic per aconseguir la conductivitat necessària. El perclorat de magnesi s'utilitza com a electròlit. Es afegeixen cromat de bari i liti per prevenir la corrosió. També s'afegeix hidròxid de magnesi a aquesta barreja com a agent tampó per millorar l'emmagatzematge.
La reacció d'oxidació que ocorre a l'ànoda és,
La reacció de reducció que ocorre al catode és,
Reacció total,
El voltatge en circuit obert, aquesta cel·la dona al voltar 2 volts però el valor teòric del potencial de la cel·la és 2,8 volts.
La possibilitat de corrosió del magnesi és molt petita fins i tot en condicions ambientals extrems. El magnesi brut reacciona amb l'humitat i forma una capa fina de Mg(OH)2 a la seva superfície.
Aquesta capa fina de peroxit de magnesi serveix com a capa protectora contra la corrosió sobre el magnesi. A més a més, el tractament amb cromat sobre el magnesi millora aquesta protecció en gran mesura. Però quan aquesta capa protectora de peroxit de magnesi es perfora o s'elimina degut a la descàrrega de la bateria, es produeix corrosió amb la formació de gas d'hidrogen.
Aquesta és la química bàsica de la bateria de magnesi.
Construcció de la Bateria de Magnesi
En termes de construcció, una cel·la de bateria cilíndrica de magnesi és similar a una cel·la de bateria de zinc-carboni cilíndrica. Aquí s'utilitza una alliota de magnesi com a contenidor principal de la bateria. Aquesta alliota es forma a partir de magnesi i una petita quantitat d'alumini i zinc. Aquí, el diòxid de manganes s'utilitza com a material catedràtic. Com el diòxid de manganes té una conductivitat pobra, es mescla amb carboni acetilènic per millorar la seva conductivitat. Això també ajuda a retindre l'aigua dins el catode. En aquesta barreja de catode, es afegeix cromat de bari com a inhibitor, i també s'afegeix hidròxid de magnesi com a tampó de pH. S'utilitza perclorat de magnesi amb cromat de liti dissolts en aigua com a electròlit. Es col·loca carboni dins la barreja de catode com a col·lector de corrent. Es col·loquen papers de Kraft, absorbits amb solució d'electròlit, entre els materials de catode i ànoda com a separadors. Cal prestar especial atenció durant el disseny de l'arranjament de tancament de la bateria de magnesi. El tancament de la bateria no hauria de ser tan porós que l'humitat dins de la bateria s'evapori durant l'emmagatzematge, i no hauria de ser tan no porós que el gas d'hidrogen format durant la descàrrega no pugui escapar de la bateria. Per tant, el tancament de la bateria hauria de retenir l'humitat dins d'ella, i alhora, proporcionar suficient vent al gas d'hidrogen format durant la descàrrega. Això es pot fer proporcionant un petit forat a la part superior del tancament de plàstic, lavat sota l'anell de retenció. Quan el gas excessiu surt del forat, aquest anell de retenció es deformarà per la pressió, resultant en l'escapament del gas.
a
L'ànoda de magnesi forma la cobertura exterior de la bateria, però hi ha una altra construcció de la bateria de magnesi on el carboni forma el contenidor exterior de la bateria. Aquí es forma un contenidor típicament modelat a partir de carboni altament conductor. Aquest contenidor es forma en una forma de gota cilíndrica, i una forma rodona es projecta des del seu centre com es mostra a la imatge. L'ànoda de la bateria es forma per un cilindre o tambor de magnesi. El diàmetre del cilindre d'ànoda és aproximadament la meitat de la gota de carboni. La barreja de catode es col·loca dins d'aquest cilindre d'ànoda i es separa de la paret interior del cilindre per un separador de paper. L'espai entre la superfície interior de la gota de carboni i la superfície exterior del cilindre d'ànoda també es omple amb la barreja de catode, i aquí també la superfície exterior del cilindre d'ànoda es separa de la barreja de catode per un separador de paper. La barreja de catode es produeix mesclant diòxid de manganes, carboni negre, i una petita quantitat d' bromur o perclorat de magnesi aqüeux com a electròlit. El terminal positiu es connecta a l'extrem de la gota de carboni. El terminal negatiu es connecta a l'extrem del tambor d'ànoda. Tota el sistema es encapsula en una jaqueta d'acer galvanitzat.
Vantatges de la Bateria de Magnesi
Té una vida útil molt bona; es pot emmagatzemar durant molt de temps fins i tot a temperatures altes. Aquestes bateries es poden emmagatzemar fins a 5 anys a la temperatura de 20oC.
Té el doble de capacitat comparada amb la bateria Leclanche de la mateixa mida.
Potència més alta de la bateria voltatge que la bateria de zinc-carboni.
El cost també és moderat.
Desavantatges de la Bateria de Magnesi
Retard d'acció (retard de voltatge).
Evolució d'hidrogen durant la descàrrega.
Calor generada durant l'ús.
Emmagatzematge deficient després de la descàrrega parcial.
Les bateries ja no es fabricen comercialment.
