بطاریه مگنزیم | ساختار شیمیایی باتری مگنزیم
مگنزیوم به عنوان مواد آند در باتری‌های اولیه به دلیل پتانسیل استاندارد بالا استفاده می‌شود. این فلز سبک است و به دلیل قیمت پایین، به راحتی در دسترس است. باتری مگنزیوم/منگنز دی‌اکسید (Mg/MnO2) دارای طول عمر دو برابر یعنی ظرفیت باتری روی/منگنز دی‌اکسید (Zn/MnO2) با اندازه مشابه است. همچنین می‌تواند ظرفیت خود را حتی در دمای بالا نیز حفظ کند. باتری مگنزیوم بسیار مقاوم و قابل ذخیره‌سازی است زیرا همیشه یک پوشش محافظ طبیعی بر روی سطح آند مگنزیوم تشکیل می‌شود.
باتری مگنزیوم پس از تخلیه جزئی، قابلیت ذخیره‌سازی خود را از دست می‌دهد و به همین دلیل برای استفاده در برنامه‌های متناوب بلندمدت مناسب نیست. این دلیل اصلی است که باتری مگنزیوم در حال از دست دادن محبوبیت خود است و باتری لیتیم جایگاه آن را تصاحب می‌کند.
شیمی باتری مگنزیوم
در باتری مگنزیوم اولیه، آلیاژ مگنزیوم به عنوان آند استفاده می‌شود؛ منگنز دی‌اکسید به عنوان ماده کاتدی استفاده می‌شود. اما منگنز دی‌اکسید نمی‌تواند رسانایی مورد نیاز را به کاتد ارائه دهد و به همین دلیل کربن آکتیلنی با منگنز دی‌اکسید مخلوط می‌شود تا رسانایی مورد نیاز به دست آید. پروکلرات مگنزیوم به عنوان الکترولیت استفاده می‌شود. باریوم و کرومیت لیتیم به الکترولیت اضافه می‌شوند تا فساد را جلوگیری کنند. هیدروکسید مگنزیوم نیز به این مخلوط به عنوان عامل بافر برای بهبود قابلیت ذخیره‌سازی اضافه می‌شود.
واکنش اکسایش که در آند اتفاق می‌افتد،
واکنش کاهش که در کاتد اتفاق می‌افتد،
واکنش کلی،
ولتاژ مدار باز، این سلول حدود 2 ولت ولی مقدار نظری پتانسیل سلولی 2.8 ولت است.
احتمال فساد مگنزیوم حتی در شرایط محیطی شدید بسیار کم است. مگنزیوم خام با رطوبت واکنش نشان می‌دهد و یک لایه نازک از Mg(OH)2 را بر روی سطح خود تشکیل می‌دهد.
این لایه نازک از پراکسید مگنزیوم به عنوان لایه محافظ بر روی مگنزیوم عمل می‌کند. علاوه بر این، درمان کرومیت بر روی مگنزیوم این حفاظت را به میزان زیادی بهبود می‌بخشد. اما وقتی این لایه محافظ پراکسید مگنزیوم سوراخ شود یا به دلیل تخلیه باتری حذف شود، فساد با تشکیل گاز هیدروژن رخ می‌دهد.
این شیمی اساسی باتری مگنزیوم است.
ساختار باتری مگنزیوم
از نظر ساختاری، سلول باتری مگنزیوم استوانه‌ای مشابه با سلول باتری روی-کربن استوانه‌ای است. در اینجا آلیاژ مگنزیوم به عنوان محفظه اصلی باتری استفاده می‌شود. این آلیاژ از مگنزیوم و مقدار کمی آلومینیوم و روی تشکیل شده است. در اینجا منگنز دی‌اکسید به عنوان ماده کاتدی استفاده می‌شود. از آنجا که منگنز دی‌اکسید رسانایی ضعیفی دارد، کربن آکتیلنی با آن مخلوط می‌شود تا رسانایی آن را بهبود بخشد. این کار همچنین به حفظ آب در داخل کاتد کمک می‌کند. در این مخلوط کاتدی، کرومیت باریوم به عنوان مهارکننده و هیدروکسید مگنزیوم به عنوان بافر pH اضافه می‌شوند. پروکلرات مگنزیوم با کرومیت لیتیم مخلوط شده با آب به عنوان الکترولیت استفاده می‌شود. کربن به عنوان جمع‌آور جریان در مخلوط کاتدی قرار می‌گیرد. کاغذ‌های کرافت، جذب‌کننده محلول الکترولیت بین مواد آند و کاتد به عنوان جداکننده قرار می‌گیرند. در طراحی سیستم بسته‌بندی باتری مگنزیوم باید دقت کرد. بسته‌بندی باتری نباید به اندازه‌ای متخلخل باشد که رطوبت داخل باتری در حین ذخیره‌سازی تبخیر شود و نباید به اندازه‌ای غیرمتخلخل باشد که گاز هیدروژن تشکیل شده در حین تخلیه نتواند از باتری خارج شود. بنابراین بسته‌بندی باتری باید رطوبت داخل آن را حفظ کند و در عین حال، مسیر کافی برای گاز هیدروژن تشکیل شده در حین تخلیه ارائه دهد. این کار می‌تواند با ایجاد یک سوراخ کوچک در بالای پلاستیک بسته‌بندی تحت حلقه نگهدارنده انجام شود. وقتی گاز اضافی از سوراخ خارج می‌شود، این حلقه نگهدارنده به دلیل فشار تغییر شکل می‌دهد و گاز خارج می‌شود.
آند مگنزیوم پوشش بیرونی باتری را تشکیل می‌دهد، اما ساختار دیگری از باتری مگنزیوم نیز وجود دارد که در آن کربن پوشش بیرونی باتری را تشکیل می‌دهد. در اینجا یک محفظه شکل خاص از کربن با رسانایی بالا تشکیل شده است. این محفظه به شکل یک فنجان استوانه‌ای است و یک شکل میله‌ای از مرکز آن بیرون زده است. آند باتری از یک استوانه یا درم مگنزیوم تشکیل شده است. قطر استوانه آند حدود نیمی از فنجان کربن است. مخلوط کاتد در داخل این استوانه آند قرار می‌گیرد و با جداکننده کاغذی از دیواره داخلی استوانه جدا می‌شود. فضای بین سطح داخلی فنجان کربن و سطح بیرونی استوانه آند نیز با مخلوط کاتد پر شده است و در اینجا نیز سطح بیرونی استوانه آند با جداکننده کاغذی از مخلوط کاتد جدا می‌شود. مخلوط کاتد با مخلوط کردن منگنز دی‌اکسید، کربن سیاه و مقدار کمی برمید مگنزیوم یا پروکلرات آبی تولید می‌شود. پایانه مثبت به انتهای فنجان کربن متصل می‌شود. پایانه منفی به انتهای درم آند متصل می‌شود. کل سیستم در یک جکت فولادی مسیت شده جمع‌آوری می‌شود.
مزایای باتری مگنزیوم
دارای عمر مفید بسیار خوبی است؛ می‌تواند برای مدت طولانی حتی در دمای بالا ذخیره شود. این باتری می‌تواند تا 5 سال در دمای 20oC ذخیره شود.
ظرفیت دو برابری نسبت به باتری لکلانش معادل اندازه دارد.
ولتاژ باتری ولتاژ بالاتر از باتری روی-کربن است.
هزینه نیز متوسط است.
معایب باتری مگنزیوم
تأثیر دیرهنگام. (ولتاژ دیرهنگام)
تشکیل گاز هیدروژن در حین تخلیه.
تولید گرما در حین استفاده.
ذخیره‌سازی ضعیف پس از تخلیه جزئی.
باتری‌ها دیگر به صورت تجاری تولید نمی‌شوند.
