Batteria di Magnesio | Costruzione Chimica della Batteria di Magnesio
Il magnesio viene utilizzato come materiale anodico nelle batterie primarie a causa del suo elevato potenziale standard. È un metallo leggero. È inoltre facilmente disponibile essendo un metallo a basso costo. La batteria di magnesio/diossido di manganese (Mg/MnO2) ha una durata di servizio doppia, cioè una capacità doppia rispetto alla batteria di zinco/diossido di manganese (Zn/MnO2) della stessa dimensione. Può inoltre mantenere la sua capacità, durante la conservazione, anche a temperature elevate. La batteria di magnesio è molto resistente e conservabile poiché ha sempre una copertura protettiva che si forma naturalmente sulla superficie dell'anodo di magnesio.
La batteria di magnesio perde la sua conservabilità una volta parzialmente scaricata e per questo motivo non è molto adatta per utilizzi a lungo termine intermittenti. Questo è il motivo principale per cui la batteria di magnesio sta perdendo popolarità, mentre le batterie al litio stanno conquistando il mercato.
Chimica della Batteria di Magnesio
Nella batteria primaria di magnesio, un lega di magnesio viene utilizzata come anodo; il diossido di manganese viene utilizzato come materiale catodico. Tuttavia, il diossido di manganese non può fornire la conduttività richiesta al catodo, e per questo motivo viene mescolato con nero acetilenico per ottenere la conduttività necessaria. Il perchlorato di magnesio viene utilizzato come elettrolita. Il cromato di bario e litio vengono aggiunti all'elettrolita per prevenire la corrosione. L'idrossido di magnesio viene inoltre aggiunto a questa miscela come agente tampone per migliorare la conservabilità.
La reazione di ossidazione che si verifica nell'anodo è,
La reazione di riduzione che si verifica nel catodo è,
Reazione complessiva,
Il voltaggio a circuito aperto, questa cella fornisce circa 2 volt ma il valore teorico del potenziale della cella è 2.8 volt.
La possibilità di corrosione del magnesio è molto bassa anche in condizioni ambientali estreme. Il magnesio grezzo reagisce con l'umidità e forma un rivestimento sottile di film di Mg(OH)2 sulla sua superficie.
Questo sottile strato di perossido di magnesio serve come strato protettivo contro la corrosione del magnesio. Inoltre, il trattamento con cromato sul magnesio migliora questa protezione in misura molto ampia. Ma quando questo strato protettivo di perossido di magnesio viene perforato o rimosso a causa dello scarico della batteria, avviene la corrosione con la formazione di gas idrogeno.
Questa è la base della chimica della batteria di magnesio.
Costruzione della Batteria di Magnesio
Dalla prospettiva costruttiva, una cella di batteria cilindrica di magnesio è simile a una cella di batteria a zinco-carbone cilindrica. Qui, un lega di magnesio viene utilizzata come contenitore principale della batteria. Questa lega è formata da magnesio e una piccola quantità di alluminio e zinco. Qui, il diossido di manganese viene utilizzato come materiale catodico. Poiché il diossido di manganese ha una scarsa conduttività, viene mescolato con nero acetilenico per migliorare la sua conduttività. Questo aiuta anche a trattenere l'acqua all'interno del catodo. In questa miscela catodica, il cromato di bario viene aggiunto come inibitore, e l'idrossido di magnesio viene aggiunto come tampone di pH. Il perchlorato di magnesio con cromato di litio mescolato con acqua viene utilizzato come elettrolita. Il carbone viene inserito nella miscela catodica come raccolta corrente. Carte di kraft, assorbite con soluzione elettrolitica, vengono posizionate tra i materiali catodici e anodici come separatori. Si deve prestare particolare attenzione durante la progettazione dell'arrangiamento di sigillatura nella batteria di magnesio. Il sigillo della batteria non deve essere così poroso che l'umidità all'interno della batteria evapori durante la conservazione, e non deve essere così non poroso che il gas idrogeno formato durante lo scarico non possa sfuggire dalla batteria. Quindi, il sigillo della batteria deve trattenere l'umidità all'interno e allo stesso tempo fornire una sufficiente ventilazione al gas idrogeno formato durante lo scarico. Ciò può essere fatto fornendo un piccolo foro in cima al sigillo di plastica lavato sotto l'anello di tenuta. Quando il gas eccedente esce dal foro, questo anello di tenuta si deforma a causa della pressione, permettendo la fuga del gas.
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L'anodo di magnesio forma la copertura esterna della batteria, ma un'altra costruzione della batteria di magnesio è anche disponibile dove il carbonio forma il contenitore esterno della batteria. Qui, un contenitore tipicamente modellato è formato da carbonio altamente conduttivo. Questo contenitore è formato in una forma a coppa cilindrica, e una forma a barra viene proiettata dal suo centro come mostrato nella foto. L'anodo della batteria è formato da un cilindro o tamburo di magnesio. Il diametro del cilindro anodico è circa la metà della coppa di carbonio. La miscela catodica viene posizionata all'interno di questo cilindro anodico e separata dalla parete interna del cilindro da un separatore di carta. Lo spazio tra la superficie interna della coppa di carbonio e la superficie esterna del cilindro anodico è riempito con la miscela catodica e qui anche la superficie esterna del cilindro anodico è separata dalla miscela catodica da un separatore di carta. La miscela catodica è prodotta mescolando diossido di manganese, nero di carbone e piccola quantità di bromuro di magnesio acquoso o perchlorato come elettrolita. Il terminale positivo è collegato alla fine della coppa di carbonio. Il terminale negativo è collegato alla fine del tamburo anodico. L'intero sistema è racchiuso in una giacca d'acciaio rivestita di stagno incisa.
Vantaggi della Batteria di Magnesio
Ha una vita utile molto buona; può essere conservata per un lungo periodo anche a temperature elevate. Queste batterie possono essere conservate fino a 5 anni a una temperatura di 20oC.
Ha una capacità doppia rispetto alla batteria Leclanche di dimensioni equivalenti.
Tensione della batteria superiore rispetto alla batteria a zinco-carbone.
Il costo è anche moderato.
Svantaggi della Batteria di Magnesio
Azione ritardata (ritardo di tensione).
Evoluzione di idrogeno durante lo scarico.
Calore generato durante l'uso.
Povera conservabilità dopo uno scarico parziale.
Le batterie non vengono più prodotte commercialmente.
