मैग्नीशियम बैटरी | मैग्नीशियम बैटरी की रसायनिक निर्माण
मैग्नीशियम प्राथमिक बैटरी में एनोड सामग्री के रूप में उपयोग किया जाता है क्योंकि इसका उच्च मानक विभव होता है। यह एक हल्का धातु है। यह एक कम-लागत वाली धातु होने के कारण आसानी से उपलब्ध है। मैग्नीशियम/मैंगनीज डाइऑक्साइड (Mg/MnO2) बैटरी उसी आकार की जिंक/मैंगनीज डाइऑक्साइड (Zn/MnO2) बैटरी की दोगुनी सेवा आयु अर्थात् क्षमता होती है। यह उच्च तापमान पर भी संरक्षण के दौरान अपनी क्षमता बनाए रख सकता है। मैग्नीशियम बैटरी बहुत दीर्घायु और संरक्षण योग्य होती है क्योंकि इसके सतत एक संरक्षक कवर होता है जो मैग्नीशियम एनोड की सतह पर प्राकृतिक रूप से बनता है।
मैग्नीशियम बैटरी जब इसका आंशिक विसर्जन हो जाता है तो यह अपनी संरक्षण योग्यता खो देती है और इसी कारण यह लंबी अवधि के असतत अनुप्रयोगों के लिए बहुत उपयुक्त नहीं है। यही कारण है, मैग्नीशियम बैटरी अपनी लोकप्रियता खो रही है, और लिथियम बैटरी इसके बाजार को ग्रहण कर रही हैं।
मैग्नीशियम बैटरी की रसायनिकी
प्राथमिक मैग्नीशियम बैटरी में, मैग्नीशियम मिश्र धातु एनोड के रूप में उपयोग की जाती है; मैंगनीज डाइऑक्साइड कथोड सामग्री के रूप में उपयोग की जाती है। लेकिन मैंगनीज डाइऑक्साइड कथोड को आवश्यक चालकता प्रदान नहीं कर सकती, इसलिए एसिटिलीन ब्लैक को मैंगनीज डाइऑक्साइड में मिलाया जाता है ताकि आवश्यक चालकता प्राप्त हो सके। मैग्नीशियम परक्लोरेट इलेक्ट्रोलाइट के रूप में उपयोग किया जाता है। बैरियम और लिथियम क्रोमेट को इलेक्ट्रोलाइट में जोड़ा जाता है रसायनिक अपघटन को रोकने के लिए। मैग्नीशियम हाइड्रोक्साइड इस मिश्रण में एक बफर एजेंट के रूप में जोड़ा जाता है ताकि संरक्षण योग्यता में सुधार हो सके।
एनोड में होने वाली ऑक्सीकरण अभिक्रिया,
कथोड में होने वाली अपचयन अभिक्रिया,
समग्र अभिक्रिया,
खुला परिपथ वोल्टेज, यह सेल लगभग 2 वोल्ट देता है लेकिन सेल की संभावित मान 2.8 वोल्ट है।
मैग्नीशियम का रसायनिक अपघटन बहुत कम होता है, भले ही अत्यधिक पर्यावरणीय परिस्थितियों में। रॉ मैग्नीशियम नमी के साथ प्रतिक्रिया करता है और अपनी सतह पर Mg(OH)2 की पतली फिल्म बनाता है।
यह मैग्नीशियम परऑक्साइड की पतली फिल्म मैग्नीशियम पर एक रसायनिक अपघटन संरक्षक परत के रूप में कार्य करती है। इसके अलावा, मैग्नीशियम पर क्रोमेट उपचार इस संरक्षण को बहुत बड़ी मात्रा में सुधारता है। लेकिन जब यह संरक्षक मैग्नीशियम परऑक्साइड की फिल्म छेदित या बैटरी के विसर्जन के कारण हटा दी जाती है, तो रसायनिक अपघटन होता है और हाइड्रोजन गैस का निर्माण होता है।
यह मैग्नीशियम बैटरी की रसायनिकी का मूल सिद्धांत है।
मैग्नीशियम बैटरी का निर्माण
निर्माण की दृष्टि से एक बेलनाकार मैग्नीशियम बैटरी सेल एक बेलनाकार जिंक-कार्बन बैटरी सेल के समान होती है। यहाँ मैग्नीशियम का एक मिश्र धातु बैटरी के मुख्य कंटेनर के रूप में उपयोग किया जाता है। यह मिश्र धातु मैग्नीशियम, एल्यूमिनियम और जिंक से बनती है। यहाँ, मैंगनीज डाइऑक्साइड कथोड सामग्री के रूप में उपयोग की जाती है। मैंगनीज डाइऑक्साइड की चालकता कम होती है, इसलिए इसमें एसिटिलीन ब्लैक मिलाया जाता है ताकि इसकी चालकता सुधार हो सके। यह भी कथोड में पानी को रखने में मदद करता है। इस कथोड मिश्रण में बैरियम क्रोमेट को एक नियंत्रक के रूप में जोड़ा जाता है, और मैग्नीशियम हाइड्रोक्साइड को pH बफर के रूप में जोड़ा जाता है। मैग्नीशियम परक्लोरेट और लिथियम क्रोमेट को पानी के साथ मिलाकर इलेक्ट्रोलाइट के रूप में उपयोग किया जाता है। कार्बन को कथोड मिश्रण में धारा संग्राहक के रूप में डाला जाता है। कथोड और एनोड सामग्री के बीच में इलेक्ट्रोलाइट द्रव्य से भरे क्राफ्ट कागज को सेपेरेटर के रूप में रखा जाता है। मैग्नीशियम बैटरी के डिजाइन के दौरान डिजाइन पर विशेष ध्यान दिया जाना चाहिए। बैटरी का छेदन इतना छिद्रित नहीं होना चाहिए कि बैटरी के भीतर का नमी भंडारण के दौरान वाष्पित हो जाए और इतना अछिद्रित नहीं होना चाहिए कि विसर्जन के दौरान निर्मित हाइड्रोजन गैस बाहर न निकल सके। इसलिए बैटरी का छेदन भीतर की नमी को रखता है, और एक ही समय में, विसर्जन के दौरान निर्मित हाइड्रोजन गैस को पर्याप्त वेंट प्रदान करता है। इसे प्लास्टिक छेदन के शीर्ष पर एक छोटा छेद देकर किया जा सकता है, जो रिटेनर रिंग के नीचे धोया जाता है। जब अतिरिक्त गैस छेद से बाहर निकलती है, तो दबाव के कारण रिटेनर रिंग विकृत हो जाता है और गैस निकल जाती है।
मैग्नीशियम एनोड बैटरी का बाहरी कवर बनाता है, लेकिन एक और मैग्नीशियम बैटरी का निर्माण भी उपलब्ध है जहाँ कार्बन बैटरी का बाहरी कंटेनर बनाता है। यहाँ एक विशेष आकार का कंटेनर उच्च चालकता वाले कार्बन से बनाया जाता है। यह कंटेनर बेलनाकार कप के आकार में बनाया जाता है, और इसके केंद्र से एक रोड-जैसा आकार उभरा होता है जैसा कि चित्र में दिखाया गया है। बैटरी का एनोड एक मैग्नीशियम का सिलेंडर या ड्रम द्वारा बनाया जाता है। एनोड सिलेंडर का व्यास कार्बन कप का लगभग आधा होता है। कथोड मिश्रण इस एनोड सिलेंडर के अंदर रखा जाता है और पेपर सेपेरेटर द्वारा सिलेंडर की आंतरिक दीवार से अलग किया जाता है। कार्बन कप की आंतरिक सतह और एनोड सिलेंडर की बाहरी सतह के बीच भी कथोड मिश्रण से भरा जाता है और यहाँ भी एनोड सिलेंडर की बाहरी सतह को पेपर सेपेरेटर द्वारा कथोड मिश्रण से अलग किया जाता है। कथोड मिश्रण मैंगनीज डाइऑक्साइड, कार्बन ब्लैक, और थोड़ी मात्रा में जलीय मैग्नीशियम ब्रोमाइड या परक्लोरेट इलेक्ट्रोलाइट को मिलाकर बनाया जाता है। सकारात्मक टर्मिनल कार्बन कप के सिरे से जोड़ा जाता है। ऋणात्मक टर्मिनल एनोड ड्रम के सिरे से जोड़ा जाता है। पूरी प्रणाली एक क्रिम्प्ड टिन-प्लेटेड स्टील जैकेट में घेरी जाती है।
मैग्नीशियम बैटरी के फायदे
इसकी बहुत अच्छी स्वयं आयु है; यह लंबे समय तक भी उच्च तापमान पर भंडारित किया जा सकता है। ये बैटरी 20oC तापमान पर 5 वर्ष तक भंडारित किए जा सकते हैं।
इसकी क्षमता समान आकार की लेक्लांश बैटरी की
