Magnesium Batteri | Kemisk Konstruktion af Magnesium Batteri
Magnesium anvendes som anodematerial i primære batterier på grund af dets høje standardpotentiale. Det er et let metal. Det er også nemt at få fat i, da det er et billigt metal. Magnesium/mangan-dioksid (Mg/MnO2) batteri har dobbelt så lang levetid, altså kapacitet, som zink/mangan-dioksid (Zn/MnO2) batteri af samme størrelse. Det kan også beholde sin kapacitet under lagring, selv ved høje temperaturer. Magnesium batteri er meget holdbart og lagringsvenligt, da det altid har en beskyttende overflade, der dannes naturligt på overfladen af magnesium-anoden.
Magnesiumbatteriet mister sin lagringskapacitet, når det er delvis udtømt, og derfor er det ikke særlig egnet til brug i lange perioder med intermittente applikationer. Dette er den hovedsagelige årsag til, at magnesium batteri mister sin popularitet, og lithiumbatterier overtager markedet.
Kemi for magnesium batteri
I primære magnesiumbatterier anvendes magnesiumlegering som anode; mangan-dioksid anvendes som katodematerial. Men mangan-dioksid kan ikke give den nødvendige ledningsevne til katoden, og derfor blander man acetylen sort med mangan-dioksid for at opnå den ønskede ledningsevne. Magnesiumperchlorat anvendes som elektrolyt. Barium- og lithiumchromat tilsættes elektrolytet for at forhindre korrosion. Magnesiumhydroxid tilsættes også til denne blanding som en bufferagent for at forbedre lagringskapaciteten.
Oxidationsreaktionen, der finder sted i anoden, er,
Reduktionen, der finder sted i katoden, er,
Samlet reaktion,
Den åbne kredsløbs-spænding, som cellen giver, er omkring 2 volt, men den teoretiske værdi af cellens potentiale er 2,8 volt.
Sandsynligheden for korrosion af magnesium er meget lille, selv under ekstreme miljøforhold. Råt magnesium reagerer med fugt og danner en tynd film af Mg(OH)2 på overfladen.
Denne tynde film af magnesium-peroxid fungerer som en korrosionsbeskyttende lag over magnesium. Udover dette forbedrer chrombehandling af magnesium denne beskyttelse i meget høj grad. Når denne beskyttende film af magnesium-peroxid perforeres eller fjernes på grund af batteriets udtømning, finder korrosion sted med dannelse af brintgas.
Dette er den grundlæggende kemi for magnesium batteri.
Konstruktion af magnesium batteri
Konstruktionsmæssigt er en cylindrisk magnesiumbattericelle lignende en cylindrisk zink-kul battericelle. Her anvendes en legering af magnesium som hovedbeholderen for batteriet. Denne legering dannes af magnesium og en lille mængde aluminium og zink. Her anvendes mangan-dioksid som katodematerial. Da mangan-dioksid har dårlig ledningsevne, blander man acetylen sort med dette for at forbedre dens ledningsevne. Dette hjælper også med at beholde vand inden i katoden. I denne katodeblanding tilsættes bariumchromat som inhibitor, og magnesiumhydroxid tilsættes som en pH-buffer. Magnesiumperchlorat med lithiumchromat blandet med vand anvendes som elektrolyt. Kul indføres i katodeblandingen som strømsamlere. Kraftpapir, absorberet med elektrolytløsning, placeres mellem katode- og anodematerialerne som separatorer. Speciel opmærksomhed skal rettes mod designet af tætningsanordningen i magnesiumbatteriet. Tætpningen af batteriet bør ikke være så porøs, at fugt indeni batteriet vil fordampe under lagring, og den bør ikke være så uporøs, at brintgas, der dannes under udtømning, ikke kan undslippe fra batteriet. Så tætpningen af batteriet bør beholde fugten indeni det, og samtidig give tilstrækkelig ventilering til brintgas, der dannes under udtømning. Dette kan gøres ved at skabe et lille hul på toppen af plastiktætpningen under fastholderringen. Når overskudsgas kommer ud af hullet, deformeres denne fastholderring på grund af trykket, hvilket resulterer i, at gas undslipper.
a
Magnesium-anoden danner den ydre overflade af batteriet, men en anden konstruktion af magnesium batteri findes også, hvor kul danner den ydre beholder af batteriet. Her dannes en typisk formet beholder af højtledende kul. Denne beholder dannes i en cylindrisk kopform, og en stavformet projicerer fra dens centrum, som vist på billedet. Batteriets anode dannes af en cylinder eller trommel af magnesium. Diameteren af den cylindriske anode er omkring halvdelen af kulkoppen. Katodeblandingen placeres inden i denne anodecylinder og adskilles fra den indre væg af cylinderen ved en papirseparator. Pladsen mellem den indre overflade af kulkoppen og den ydre overflade af anodecylinderen fyldes også med katodeblanding, og her adskilles den ydre overflade af anodecylinderen fra katodeblanding ved en papirseparator. Katodeblandingen produceres ved at blande mangan-dioksid, kulsort og en lille mængde magnesiumbromid eller -perchlorat som elektrolyt. Den positive terminal forbinder til enden af kulkoppen. Den negative terminal forbinder til enden af anodetromlen. Hele systemet indkapsles i en kravlet, tinbelagt stål-jakkes.
Fordele ved magnesium batteri
Det har en meget god selvlevetid; det kan lagres i lang tid, selv under høje temperaturer. Disse batterier kan lagres op til 5 år ved en temperatur på 20oC.
Det har dobbelt kapacitet sammenlignet med en Leclanche-batteri af samme størrelse.
Højere batterispænding end zink-kul batteri.
Prisen er også moderat.
Ned sider ved magnesium batteri
Forsinket handling (spændingsforsinkelse).
Udvikling af brint under udtømning.
Varme genereret under brug.
Dårlig lagring efter delvis udtømning.
Batterierne producere ikke længere kommercielt.
