Baterija od magnezija | Kemijska konstrukcija baterije od magnezija
Magnezij se koristi kao anodni materijal u primarnim baterijama zbog svojeg visokog standardnog potencijala. To je lagan metal. Također je lako dostupan jer je niskocjenovni metal. Baterija magnezij/mangan dioksid (Mg/MnO2) ima dvaput duže vrijeme službe, tj. kapacitet baterije cink/mangan dioksid (Zn/MnO2) iste veličine. Može zadržati svoju kapacitet, tijekom skladištenja, čak i na visokim temperaturama. Baterija s magnezijem je vrlo izdržljiva i prikladna za skladištenje, jer uvijek ima zaštitnu pokrovnu vrstvu koja se prirodno formira na površini anoda od magnezija.
Baterija s magnezijem gubi svoju sposobnost skladištenja nakon djelomičnog ispraznjenja, stoga nije vrlo prikladna za korištenje u dugoročnim intermitentnim aplikacijama. To je glavni razlog zašto baterija s magnezijem gubi na popularnosti, a litijevi akumulatori preuzimaju njihov tržište.
Hemijska sastava baterije s magnezijem
U primarnoj bateriji s magnezijem, legura magnezija se koristi kao anod; mangan dioksid se koristi kao materijal katoda. Ali mangan dioksid ne može pružiti potrebnu provodljivost katodi, stoga se acetylene black miješa s mangan dioksidom kako bi se postigla potrebna provodljivost. Kao elektrolit se koristi magnezij perhlorat. Barijev i litijev kromat se dodaje elektrolitu kako bi se spriječila korozija. Magnezij hidroksid također se dodaje ovoj smjesi kao bufer za poboljšanje skladištenja.
Oksidacijska reakcija koja se događa u anodu je,
Redukcijska reakcija koja se događa u katodi je,
Ukupna reakcija,
Otvoreni strujni napon, ovaj element daje oko 2 volta, ali teorijska vrijednost potencijala elementa je 2.8 volti.
Vjerojatnost korozije magnezija je vrlo mala čak i pod ekstremnim okolišnim uvjetima. Sirov magnezij reagira s vlagočućem i formira tanku plenku Mg(OH)2 na svojoj površini.
Ova tanka plenka magnezij peroksida služi kao zaštitna sloj preko magnezija. Osim toga, kromatna obrada magnezija znatno unapređuje tu zaštitu. No, kada se ova zaštitna plenka magnezij peroksida probije ili ukloni zbog ispraznjenja baterije, događa se korozija uz formiranje vodika.
To je osnovni hemijski sastav baterije s magnezijem.
Konstrukcija baterije s magnezijem
Konstrukcijski, cilindrična ćelija baterije s magnezijem slična je cilindričnoj ćeliji baterije s cinkom i ugljenom. Ovdje se legura magnezija koristi kao glavni spremnik baterije. Ova legura se formira od magnezija i male količine aluminija i cinka. Ovdje se mangan dioksid koristi kao materijal katode. Budući da mangan dioksid ima lošu provodljivost, acetylene black se miješa s tim kako bi se poboljšala njegova provodljivost. To također pomaže u zadržavanju vode unutar katode. U ovoj smjesi katode barijev kromat se dodaje kao inhibitor, a magnezij hidroksid se dodaje kao pH bufer. Kao elektrolit se koristi magnezij perhlorat s litijevim kromatom pomiješan vodom. Uglijak se ubacuje u smjesu katode kao sakupljač struje. Kraft papiri, apsorbirani elektrolitskom otopinom, stavljaju se između materijala katode i anode kao separatori. Posebna pažnja treba posvećena dizajnu sigurnosnog zatvaranja u bateriji s magnezijem. Sigurnosno zatvaranje baterije ne smije biti toliko porozno da će vlažnost unutar baterije ispariti tijekom skladištenja, niti toliko nepropusno da vodikov gas koji se formira tijekom ispraznjenja ne može izići iz baterije. Stoga sigurnosno zatvaranje baterije treba zadržavati vlažnost unutar nje, a u isto vrijeme, omogućiti dovoljno ventilaciju vodikovog gasa koji se formira tijekom ispraznjenja. To se može postići pružanjem malog otvora na vrhu plastikovog zatvarača ispod držača. Kada prekomjerna količina gasa izlazi kroz otvor, ovaj držač se deformira zbog tlaka, što rezultira otkrivanjem gasa.
a
Anod od magnezija čini vanjsku poklopnu vrstvu baterije, ali je dostupna i druga konstrukcija baterije s magnezijem gdje uglijak čini vanjski spremnik baterije. Ovdje se tipično oblikovan spremnik formira od visoko provodljivog ugljena. Ovaj spremnik formiran je u cilindričnom obliku šalice, a jedan valjkasti dio projicira se iz njegovog centra, kao što je prikazano na slici. Anod baterije formiran je cilindrom ili bubnjem magnezija. Promjer cilindričnog anoda iznosi oko polovice promjera ugljenog lonca. Smjesa katode postavljena je unutar ovog cilindra anoda i odvojena od unutarnje stijene cilindra papirnim separatorom. Prostor između unutarnje površine ugljenog lonca i vanjske površine anoda također je ispunit smjesom katode, a ovdje se također vanjska površina anoda odvoji od smese katode papirnim separatorom. Smjesa katode proizvedena je miješanjem mangana dioksida, crnog ugljena i male količine vodenog magnezija bromida ili perhlorata kao elektrolita. Pozitivni terminal spojen je na kraj ugljenog lonca. Negativni terminal spojen je na kraj bubnja anoda. Cijeli sustav je kapsuliran u željeznjak snopčanom metaličkom jaketi.
Prednosti baterije s magnezijem
Ima vrlo dobru samoodrživost; može se čuvati dugo vremena čak i pod visokim temperaturama. Ove baterije se mogu čuvati do 5 godina na temperaturi 20oC.
Ima dvaput veću kapacitet u usporedbi s ekvivalentnom Leclanche baterijom.
Viši napon baterije napona u usporedbi s baterijom s cinkom i ugljenom.
Cijena je također umjerena.
Nedostaci baterije s magnezijem
Zakasnela aktivacija (kasnjenje napona).
Izlazak vodika tijekom ispraznjenja.
Toplina generirana tijekom upotrebe.
Loše skladištenje nakon djelomičnog ispraznjenja.
Baterije više se komercijalno ne proizvode.
