Batería de Magnesio | Construcción Química de la Batería de Magnesio
El magnesio se utiliza como material de ánodo en la batería primaria debido a su alto potencial estándar. Es un metal ligero y fácilmente disponible, siendo un metal de bajo costo. La batería de magnesio/dióxido de manganeso (Mg/MnO2) tiene el doble de vida útil, es decir, capacidad, que la batería de zinc/dióxido de manganeso (Zn/MnO2) del mismo tamaño. También puede retener su capacidad durante el almacenamiento, incluso a altas temperaturas. La batería de magnesio es muy duradera y almacenable ya que siempre tiene una cubierta protectora que se forma naturalmente en la superficie del ánodo de magnesio.
La batería de magnesio pierde su capacidad de almacenamiento una vez que ha sido parcialmente descargada, por lo que no es muy adecuada para su uso en aplicaciones intermitentes a largo plazo. Esta es la razón principal por la que la batería de magnesio está perdiendo popularidad, y las baterías de litio están ocupando su mercado.
Química de la Batería de Magnesio
En la batería de magnesio primaria, se utiliza una aleación de magnesio como ánodo; el dióxido de manganeso se usa como material cátodo. Sin embargo, el dióxido de manganeso no puede proporcionar la conductividad requerida al cátodo, por lo que se mezcla con negro acetileno para lograr la conductividad necesaria. Se utiliza el perclorato de magnesio como electrolito. Se añaden cromato de bario y litio al electrolito para prevenir la corrosión. También se añade hidróxido de magnesio a esta mezcla como agente tamponante para mejorar la capacidad de almacenamiento.
La reacción de oxidación que ocurre en el ánodo es,
La reacción de reducción que ocurre en el cátodo es,
Reacción total,
El voltaje en circuito abierto, esta celda da alrededor de 2 voltios, pero el valor teórico del potencial de la celda es de 2.8 voltios.
La posibilidad de corrosión del magnesio es muy baja, incluso en condiciones ambientales extremas. El magnesio crudo reacciona con la humedad y forma una capa fina de película de Mg(OH)2 en su superficie.
Esta capa fina de peróxido de magnesio sirve como una capa protectora contra la corrosión sobre el magnesio. Además, el tratamiento con cromato en el magnesio mejora esta protección en gran medida. Pero cuando esta película protectora de peróxido de magnesio se perfora o se elimina debido a la descarga de la batería, se produce la corrosión con la formación de gas de hidrógeno.
Esta es la química básica de la batería de magnesio.
Construcción de la Batería de Magnesio
En términos de construcción, una celda de batería de magnesio cilíndrica es similar a una celda de batería de zinc-carbono cilíndrica. Aquí, se utiliza una aleación de magnesio como el contenedor principal de la batería. Esta aleación se forma con magnesio y una pequeña cantidad de aluminio y zinc. Se utiliza dióxido de manganeso como material cátodo. Dado que el dióxido de manganeso tiene poca conductividad, se mezcla con negro acetileno para mejorar su conductividad. Esto también ayuda a retener el agua dentro del cátodo. En esta mezcla de cátodo se añade cromato de bario como inhibidor, y también se añade hidróxido de magnesio como tampón de pH. Se utiliza perclorato de magnesio con cromato de litio mezclado con agua como electrolito. Se inserta carbono en la mezcla de cátodo como colector de corriente. Se colocan papeles de Kraft, absorbidos con la solución electrolítica, entre los materiales del cátodo y del ánodo como separadores. Se debe prestar especial atención al diseñar el sistema de sellado en la batería de magnesio. El sellado de la batería no debe ser tan poroso que la humedad dentro de la batería se evapore durante el almacenamiento, ni tan no poroso que el gas de hidrógeno formado durante la descarga no pueda escapar de la batería. Por lo tanto, el sello de la batería debe retener la humedad en su interior, y al mismo tiempo, proporcionar suficiente ventilación para el gas de hidrógeno formado durante la descarga. Esto se puede hacer proporcionando un pequeño orificio en la parte superior del sello de plástico lavado debajo del anillo de retención. Cuando el exceso de gas sale por el orificio, este anillo de retención se deforma debido a la presión, resultando en la fuga del gas.
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El ánodo de magnesio forma la cubierta exterior de la batería, pero también existe otra construcción de la batería de magnesio donde el carbono forma el contenedor exterior de la batería. Aquí, se forma un contenedor de forma típica a partir de carbono altamente conductor. Este contenedor se forma en una taza cilíndrica, y se proyecta una forma tipo varilla desde su centro, como se muestra en la imagen. El ánodo de la batería se forma por un cilindro o tambor de magnesio. El diámetro del ánodo cilíndrico es aproximadamente la mitad del de la taza de carbono. La mezcla de cátodo se coloca dentro de este cilindro de ánodo y se separa de la pared interna del cilindro por un separador de papel. El espacio entre la superficie interna de la taza de carbono y la superficie externa del cilindro de ánodo también se llena con la mezcla de cátodo, y aquí también la superficie externa del cilindro de ánodo se separa de la mezcla de cátodo por un separador de papel. La mezcla de cátodo se produce mezclando dióxido de manganeso, negro de carbón y una pequeña cantidad de bromuro de magnesio acuoso o perclorato como electrolito. El terminal positivo se conecta al extremo de la taza de carbono. El terminal negativo se conecta al extremo del tambor de ánodo. Todo el sistema se encapsula en una chaqueta de acero chapada en estaño.
Ventajas de la Batería de Magnesio
Tiene una muy buena vida útil; se puede almacenar por mucho tiempo, incluso a alta temperatura. Estas baterías pueden almacenarse hasta 5 años a una temperatura de 20oC.
Tiene el doble de capacidad en comparación con la batería Leclanché de tamaño equivalente.
Mayor voltaje de la batería en comparación con la batería de zinc-carbono.
El costo también es moderado.
Desventajas de la Batería de Magnesio
Acción retardada (retardo de voltaje).
Evolución de hidrógeno durante la descarga.
Generación de calor durante el uso.
Pobre almacenamiento después de una descarga parcial.
Las baterías ya no se fabrican comercialmente.
