マグネシウム電池 | マグネシウム電池の化学構造
マグネシウムは、その高い標準電位により、一次batteryの陽極材料として使用されます。これは軽量な金属で、安価なため容易に入手できます。マグネシウム/マンガン酸化物（Mg/MnO2）電池は、同じサイズの亜鉛/マンガン酸化物（Zn/MnO2）電池の2倍の寿命、つまり容量を持っています。また、高温下でも保管中に容量を維持することができます。マグネシウム電池は、マグネシウム陽極の表面に自然に形成される保護被膜があるため、非常に耐久性があり長期保存可能です。
ただし、部分的に放電された後は保存性が失われてしまうため、長期間断的な用途には適していません。これがマグネシウム電池の人気が低下し、リチウム電池が市場を占める主な理由です。
マグネシウム電池の化学反応
一次マグネシウム電池では、マグネシウム合金が陽極材料として使用され、マンガン酸化物が陰極材料として使用されます。しかし、マンガン酸化物単独では必要な導電性を提供できないため、アセチレンブラックを混合して導電性を確保します。電解質にはマグネシウムペルクロレートを使用し、腐食防止のためにバリウムとリチウムクロメートが添加されます。さらに、保存性を改善するためのバッファリング剤として水酸化マグネシウムも添加されます。
陽極で起こる酸化反応は、
陰極で起こる還元反応は、
全体の反応は、
このセルの開放回路電圧は約2Vですが、理論値は2.8Vです。
マグネシウムの腐食は、極端な環境条件下でもほとんど起こりません。生のマグネシウムは湿気と反応して、その表面に薄いMg(OH)2の薄膜を形成します。
このマグネシウム過酸化物の薄膜は、マグネシウムの腐食保護層として機能します。さらに、クロメート処理をすることで、この保護が大幅に向上します。しかし、電池の放電によってこの保護膜が破れたり除去されると、水素ガスの生成とともに腐食が発生します。
これが基本的なマグネシウム電池の化学反応です。
マグネシウム電池の構造
構造的には、円筒形のマグネシウム電池セルは、円筒形の亜鉛炭素電池セルと似ています。ここでは、マグネシウムと少量のアルミニウムと亜鉛の合金が電池の主要な容器として使用されます。陰極材料にはマンガン酸化物を使用します。マンガン酸化物は導電性が低いので、これを改善するためにアセチレンブラックを混ぜます。これにより、水分を陰極内に保持することも可能になります。この陰極混合物には、阻害剤としてバリウムクロメートと、pHバッファーとして水酸化マグネシウムが添加されます。電解質には、リチウムクロメートを混ぜたマグネシウムペルクロレートを使用します。カーボンは、陰極混合物に電流収集器として挿入されます。電解液溶液を吸収したクラフト紙が、陰極と陽極材料の間に分離材として配置されます。マグネシウム電池の設計時に特に注意すべきは、密封部です。電池の密封は、保管中に電池内の水分が蒸発しないように密閉性が高く、同時に放電時に生成される水素ガスが十分に逃げられるように通気性も必要です。これを行うためには、リテーナーリングの下に小さな穴を設けたプラスチックシールを使用します。余分なガスがこの穴から排出されると、リテーナーリングは圧力により変形し、ガスが逃げます。
マグネシウム陽極が電池の外側を形成していますが、別のマグネシウム電池の構造では、カーボンが外側の容器を形成しています。ここでは、高導電性のカーボンから円筒状のカップ形状の容器が形成され、その中心から棒状の形状が突き出ています。電池の陽極は、マグネシウムの円筒またはドラムで形成されています。この円筒の直径はカーボンカップの約半分です。陰極混合物はこの陽極円筒内に配置され、円筒の内壁と分離紙によって分離されます。カーボンカップの内面と陽極円筒の外面の間にも陰極混合物が充填され、ここでも陽極円筒の外面と陰極混合物は分離紙によって分離されています。陰極混合物は、マンガン酸化物、カーボンブラック、および少量の水酸化マグネシウムブロミドまたはペルクロレート電解質を混合して作られます。正極はカーボンカップの端に接続され、負極は陽極ドラムの端に接続されます。全体のシステムは、スニップされた錫メッキ鋼ジャケットで封入されます。
マグネシウム電池の利点
非常に良い自己寿命があり、高温下でも長期間保存することができます。これらのbatteryは20oCの温度で最大5年間保存することができます。
同等サイズのレクランシェ電池と比較して2倍の容量があります。
亜鉛炭素電池よりも高い電圧です。
コストも適度です。
マグネシウム電池の欠点
遅延動作（電圧遅延）
放電時の水素の発生
使用時の熱生成
部分放電後の不良な保存性
これらの電池は現在、商業的に製造されていません。
