Magnesiumová baterie | Chemická konstrukce magnesiévé baterie
Magnesií se používá jako anodový materiál v primárních bateriích kvůli jeho vysokému standardnímu potenciálu. Je to lehký kov. Je také snadno dostupný, protože je levný. Baterie magnesií/manganistan draselný (Mg/MnO2) má dvakrát delší dobu života, tedy kapacitu, než baterie zink/manganistan draselný (Zn/MnO2) stejné velikosti. Tato baterie může udržet svou kapacitu i při skladování, i za vysokých teplot. Baterie s magnesií je velmi trvanlivá a storable, protože má vždy ochrannou vrstvu, která se přirozeně vytváří na povrchu anody z magnesií.
Baterie s magnesií ztrácí svou schopnost skladování, jakmile je částečně vybita, a proto není vhodná pro dlouhodobé pravidelné přerušované aplikace. To je hlavní důvod, proč baterie s magnesií ztrácí na popularitě a baterie s lithiem zabírají její trh.
Chemie baterie s magnesií
V primární baterii s magnesií se jako anoda používá slitina magnesií; jako katodový materiál se používá manganistan draselný. Manganistan draselný však nedokáže poskytnout požadovanou vodivost katodě, proto se k němu přidává acetylenový černý, aby byla dosažena požadovaná vodivost. Jako elektrolyt se používá perchlornan magnesií. Do elektrolytu se přidávají chromany hořečnaté a lithné, aby se zabránilo korozí. Jako pufrovací látka se přidává hydroxid magnesií, což zlepšuje schopnost skladování.
Reakce oxidace, která probíhá v anodě, je,
Redukční reakce, která probíhá v katodě, je,
Celková reakce,
Otevřený okruhový napětí, které tato článek dává, je asi 2 volt, ale teoretická hodnota napětí článku je 2,8 voltu.
Riziko korozí magnesií je velmi malé, i za extrémních podmínek. Surowý magnes reaguje s vlhkem a tvoří tenkou vrstvu Mg(OH)2 na své povrchu.
Tento tenký film peroxodu magnesií slouží jako ochranná vrstva proti korozí na magnesií. Kromě toho zlepšuje tento chránění chromanové ošetření magnesií v velké míře. Pokud je však tento ochranný film peroxodu magnesií proražen nebo odstraněn kvůli vybíjení baterie, dochází k korozí s vytvářením vodíkového plynu.
Toto je základní chemie baterie s magnesií.
Konstrukce baterie s magnesií
Konstrukčně je válcový článek baterie s magnesií podobný válcovému článku baterie s zinkem a uhlíkem. Zde se jako hlavní kontejner baterie používá slitina magnesií. Tato slitina je tvořena magnesií a malým množstvím hliníku a zinku. Zde se jako katodový materiál používá manganistan draselný. Protože manganistan draselný má špatnou vodivost, se k němu přidává acetylenový černý, aby byla zlepšena jeho vodivost. To také pomáhá udržet vodu uvnitř katody. Do této směsi katody se přidává chroman hořečnatý jako inhibiční látka a také hydroxid magnesií jako pH pufr. Jako elektrolyt se používá perchlornan magnesií s přimíchaným chromanem lithným a vodou. Uhlík je vložen do směsi katody jako sběrač proudů. Papíry kraft, nasáklé roztokem elektrolytu, jsou umístěny mezi katodovým a anodovým materiálem jako separátory. Při návrhu uzavíracího systému baterie s magnesií je třeba věnovat zvláštní pozornost. Uzavírání baterie by nemělo být tak porézní, aby se voda uvnitř baterie vypařila během skladování, a zároveň by nemělo být tak neporézní, aby vodíkový plyn, který vzniká během vybíjení, nemohl uniknout z baterie. Proto by mělo být na vrcholu plastového uzavírání, pod držákem, provedeno malé otvor, přes který může nadbytečný plyn uniknout. Když z tohoto otvoru unikne příliš mnoho plynu, deformuje se držák pod tlakem, což umožňuje uniknutí plynu.
a
Anoda z magnesií tvoří vnější obal baterie, ale existuje i další konstrukce baterie s magnesií, kde uhlík tvoří vnější kontejner baterie. Zde je typicky tvarovaný kontejner tvořen vysoko vodivým uhlíkem. Tento kontejner je tvarován do válcového tvaru a ze středu se vyprojekuje válcovitý tvar, jak je znázorněno na obrázku. Anoda baterie je tvořena válcem nebo bubnem z magnesií. Průměr válcové anody je asi polovina průměru uhlíkového hrnce. Směs katody je umístěna uvnitř tohoto válcového anody a je oddělena od vnitřní stěny válce papírovým separátorem. Prostor mezi vnitřní stranou uhlíkového hrnce a vnější stranou válcové anody je také vyplněn směsí katody a zde je také vnější strana válcové anody od směsi katody oddělena papírovým separátorem. Směs katody je vyráběna smícháním manganistanu draselného, uhlíkového černého a malého množství roztoku bromidu nebo perchlornanu magnesií jako elektrolytu. Pozitivní terminál je spojen s koncem uhlíkového hrnce. Negativní terminál je spojen s koncem anodového bubnu. Celý systém je zapouzdřen v klešťovitém plechovém plášti s pokločkou z cínem natřené oceli.
Výhody baterie s magnesií
Má velmi dobrý životnost; může být skladována dlouhou dobu i za vysokých teplot. Tyto baterie mohou být skladovány až 5 let při teplotě 20oC.
Má dvakrát vyšší kapacitu oproti ekvivalentní Leclanche baterii.
Vyšší napětí baterie napětí než baterie s zinkem a uhlíkem.
Náklady jsou také střední.
Nevýhody baterie s magnesií
Zpoždění akce. (zpoždění napětí)
Vydávání vodíkového plynu během vybíjení.
Vývoj tepla během používání.
Špatná skladovatelnost po částečném vybíjení.
Tyto baterie již nejsou komerčně vyráběny.
