Μαγνησιού Μπαταρία | Χημική Δομή της Μαγνησιού Μπαταρίας
Το μαγνήσιο χρησιμοποιείται ως υλικό ανώδουν σε πρωτογενείς μπαταρίες λόγω του υψηλού του πρότυπου δυναμικού. Είναι ένα ελαφρύ μέταλλο. Είναι επίσης εύκολα διαθέσιμο, καθώς είναι ένα φθηνό μέταλλο. Η μπαταρία μαγνησίου/διοξειδίου μαγγανίου (Mg/MnO2) έχει διπλάσια διάρκεια ζωής, δηλαδή δυναμικό, από τη μπαταρία ζινκίου/διοξειδίου μαγγανίου (Zn/MnO2) της ίδιας μεγέθους. Μπορεί επίσης να διατηρεί το δυναμικό της κατά την αποθήκευση, ακόμη και σε υψηλές θερμοκρασίες. Η μπαταρία μαγνησίου είναι πολύ διαρκής και αποθηκεύσιμη, καθώς έχει πάντα ένα προστατευτικό κάλυμμα που δημιουργείται φυσικά στην επιφάνεια του ανώδουν μαγνησίου.
Η μπαταρία μαγνησίου χάνει την ικανότητα αποθήκευσης μόλις έχει μερικώς απορροφηθεί, και γι' αυτό δεν είναι πολύ κατάλληλη για χρήση σε μακροχρόνιες διακοπτόμενες εφαρμογές. Αυτός είναι ο βασικός λόγος, για τον οποίο η μπαταρία μαγνησίου χάνει την δημοφιλία της, ενώ οι μπαταρίες λιθίου καταλαμβάνουν την αγορά.
Χημεία της Μπαταρίας Μαγνησίου
Στην πρωτογενή μπαταρία μαγνησίου, χρησιμοποιείται σύμμικτο μαγνησίου ως ανώδουν, ενώ το διοξείδιο μαγγανίου χρησιμοποιείται ως υλικό καθωδίου. Ωστόσο, το διοξείδιο μαγγανίου δεν μπορεί να παρέχει την απαιτούμενη ηλεκτρική διεγερσιμότητα στο καθώδουν, και γι' αυτό αναμειγνύεται με καρβονοξύδιο ακετυλενίου για να επιτευχθεί η απαιτούμενη ηλεκτρική διεγερσιμότητα. Το περχλορικό μαγνησίου χρησιμοποιείται ως ηλεκτρόλυτο. Προστίθενται βαρίου και λιθίου χρωμάτιο στο ηλεκτρόλυτο για την πρόληψη της οξείδωσης. Προστίθεται επίσης υδροξίδιο μαγνησίου σε αυτό το μείγμα ως προσαρμογικός άγεντας για τη βελτίωση της αποθήκευσης.
Η οξειδωτική αντίδραση που συμβαίνει στο ανώδουν είναι,
Η αποξειδωτική αντίδραση που συμβαίνει στο καθώδουν είναι,
Συνολική αντίδραση,
Η ανοιχτή κύκλωμα τάση, αυτή η κυψέλη δίνει περίπου 2 βολτ, αλλά η θεωρητική τιμή της δυναμικής της κυψέλης είναι 2.8 βολτ.
Η πιθανότητα οξείδωσης του μαγνησίου είναι πολύ μικρή, ακόμη και υπό ακραίες περιβαλλοντικές συνθήκες. Το ακατέργαστο μαγνήσιο αντιδρά με την υγρασία και δημιουργεί ένα επίπεδο λεπτής επιφάνειας Mg(OH)2 στην επιφάνειά του.
Αυτή η λεπτή επιφάνεια περοξειδίου μαγνησίου λειτουργεί ως προστατευτικό στρώμα από την οξείδωση στο μαγνήσιο. Επιπλέον, η χρωμάτιο-θεραπεία στο μαγνήσιο βελτιώνει αυτή την προστασία σε μεγάλο βαθμό. Όμως, όταν αυτό το προστατευτικό στρώμα περοξειδίου μαγνησίου διαρρηγνύεται ή αφαιρείται λόγω της απορρόφησης της μπαταρίας, η οξείδωση συμβαίνει με τη δημιουργία υδρογόνου.
Αυτή είναι η βασική χημεία της μπαταρίας μαγνησίου.
Κατασκευή της Μπαταρίας Μαγνησίου
Κατασκευαστικά, μια κυλινδρική κυψέλη μπαταρίας μαγνησίου είναι παρόμοια με μια κυλινδρική κυψέλη μπαταρίας ζινκίου-άνθρακα. Εδώ χρησιμοποιείται ένα σύμμικτο μαγνησίου ως βασικό συρτάρι της μπαταρίας. Αυτό το σύμμικτο σχηματίζεται από μαγνήσιο και μικρό ποσοστό αλουμίνιου και ζινκίου. Εδώ, το διοξείδιο μαγγανίου χρησιμοποιείται ως υλικό καθωδίου. Καθώς το διοξείδιο μαγγανίου έχει κακή ηλεκτροπαραγωγή, αναμείγνυται με καρβονοξύδιο ακετυλενίου για να βελτιωθεί η ηλεκτροπαραγωγή του. Αυτό βοηθά επίσης στη διατήρηση του νερού μέσα στο καθώδουν. Σε αυτό το μείγμα καθωδίου προστίθεται χρωμάτιο βαρίου ως αναστολέας, και προστίθεται επίσης υδροξίδιο μαγνησίου ως προσαρμογικός άγεντας pH. Χρησιμοποιείται ως ηλεκτρόλυτο το περχλορικό μαγνησίου με λιθίου χρωμάτιο μεγάλων αναμειγμένο με νερό. Ο άνθρακας εισάγεται στο μείγμα καθωδίου ως συλλέκτης ρεύματος. Χάρτια Kraft, ενσωματωμένα με λύση ηλεκτρολύτη, τοποθετούνται μεταξύ των υλικών ανώδουν και καθωδίου ως διαχωριστικά. Πρέπει να δοθεί ειδική προσοχή κατά την σχεδίαση της διάταξης σφραγίσματος στη μπαταρία μαγνησίου. Το σφράγισμα της μπαταρίας δεν πρέπει να είναι τόσο πορώδες ώστε η υγρασία μέσα στη μπαταρία να εξατμιστεί κατά την αποθήκευση, και δεν πρέπει να είναι τόσο απορροφητικό ώστε το υδρογόνο που δημιουργείται κατά την απορρόφηση να μη μπορεί να εξατμιστεί από τη μπαταρία. Έτσι, το σφράγισμα της μπαταρίας πρέπει να διατηρεί την υγρασία μέσα της, και ταυτόχρονα να παρέχει αρκετή απορροφητικότητα για το υδρογόνο που δημιουργείται κατά την απορρόφηση. Αυτό μπορεί να γίνει με την παροχή μιας μικρής τρύπας στην κορυφή του πλαστικού σφραγίσματος, που πλένεται κάτω από τον δακτύλιο κράτησης. Όταν το περιττό αέριο βγαίνει από την τρύπα, αυτός ο δακτύλιος κράτησης μετατρέπεται λόγω της πίεσης και αποτελείται η διαφυγή του αερίου.
Ο ανώδουν μαγνησίου σχηματίζει το εξωτερικό κάλυμμα της μπαταρίας, αλλά υπάρχει και μια άλλη κατασκευή της μπαταρίας μαγνησίου, όπου ο άνθρακας σχηματίζει το εξωτερικό συρτάρι της μπαταρίας. Εδώ, ένα τυπικά σχηματισμένο συρτάρι σχηματίζεται από υψηλά ηλεκτροπαραγωγό άνθρακα. Αυτό το συρτάρι σχηματίζεται σε κυλινδρική φορμή κούπας, και ένα ραβδοειδές σχήμα προεκτείνεται από το κέντρο του, όπως φαίνεται στην εικόνα. Ο ανώδουν της μπαταρίας σχηματίζεται από έναν κύλινδρο ή τύμπανο μαγνησίου. Ο διάμετρος του κυλινδρικού ανώδουν είναι περίπου το μισό της κούπας άνθρακα. Το μείγμα καθωδίου τοποθετείται μέσα σε αυτόν τον κύλινδρο ανώδουν και χωρίζεται από την εσωτερική επιφάνεια του κυλίνδρου με ένα χαρτινό διαχωριστικό. Το χώρο μεταξύ της εσωτερικής επιφάνειας της κούπας άνθρακα και της εξωτερικής επιφάνειας του κυλίνδρου ανώδουν είναι επίσης γεμάτο με μείγμα καθωδίου, και εδώ επίσης η εξωτερική επιφάνεια του κυλίνδρου ανώδουν χωρίζεται από το μείγμα καθωδίου με ένα χαρτινό διαχωριστικό. Το μείγμα καθωδίου παράγεται από το μίξιμο διοξειδίου μαγγανίου, καρβονοξύδιου ακετυλενίου, και μικρή ποσότητα υδροξίδιου μαγνησίου ή περχλορικού ως ηλεκτρολύτη. Το θετικό πέρας συνδέεται με το τέλος της κούπας άνθρακα. Το αρνητικό πέρας συνδέεται με το τέλος του κύλινδρου ανώδουν. Το σύνολο του συστήματος είναι κατεσφαλμένο σε ένα κρεμαστό σταχτίνιο σταχτίνιο που είναι πλακωμένο με ασήμι.
Πλεονεκτήματα της Μπαταρίας Μαγνησίου
