Magnesiumbatteri | Kjemisk oppbygging av magnesiumbatteri
Magnesium brukes som anodematerial i primære batterier på grunn av dets høye standardpotensial. Det er et lett metall. Det er også lett tilgjengelig og billig. Magnesium/mangan dioksid (Mg/MnO2) batteri har dobbelt så lang levetid, altså kapasitet, som zinc/mangan dioksid (Zn/MnO2) batteri av samme størrelse. Det kan også beholde sin kapasitet under lagring, selv ved høye temperaturer. Magnesiumbatteri er veldig holdbart og lagringsvennlig siden det alltid har en beskyttende dekke som dannes naturlig på overflaten av magnesiumanoden.
Magnesiumbatteriet mister sin lagringskapasitet når det har blitt delvis uttømt, og derfor er det ikke særlig egnet for bruk i lange perioder med intermittente applikasjoner. Dette er hovedgrunnen til at magnesiumbatteri mister populariteten, og litiumbatterier tar over markedet.
Kjemi i magnesiumbatteri
I primært magnesiumbatteri brukes magnesiumlegering som anode; mangan dioksid brukes som katodemateriale. Men mangan dioksid kan ikke gi den nødvendige ledningskapasiteten til katoden, og derfor blandes acetylen svart med mangan dioksid for å oppnå den nødvendige ledningskapasiteten. Magnesiumperklorat brukes som elektrolyt. Barium- og lithiumkromat blir tilsatt elektrolytet for å forhindre korrosjon. Magnesiumhydroksid blir også tilsatt denne blandingen som bufferagent for å forbedre lagringskapasiteten.
Oksideringsreakasjonen som foregår i anoden er,
Redukseringsreakasjonen som foregår i katoden er,
Samlet reaksjon,
Den åpne spenningsvoltage, dette cellen gir rundt 2 volt, men den teoretiske verdien av cellepotensialet er 2.8 volt.
Sannsynligheten for korrosjon av magnesium er veldig liten, selv under ekstreme miljøforhold. Råt magnesium reagerer med fuktighet og danner et tynt film av Mg(OH)2 på overflaten.
Denne tynne filmen av magnesiumperoksid fungerer som en korrosjonsbeskyttende lag over magnesium. I tillegg til dette forbedrer krombehandling av magnesium denne beskyttelsen i stor grad. Når denne beskyttende filmen av magnesiumperoksid blir perforert eller fjernet på grunn av batteriets uttømmelse, skjer korrosjon med dannelse av hydrogen gass.
Dette er den grunnleggende kjemi i magnesiumbatteri.
Konstruksjon av magnesiumbatteri
Konstruksjonsmessig er en sylindrisk magnesiumbattericelle lik en sylindrisk zink-karbon battericelle. Her brukes en legering av magnesium som hovedbeholderen for batteriet. Denne legeringen består av magnesium og en liten mengde aluminium og zink. Her brukes mangan dioksid som katodemateriale. Siden mangan dioksid har dårlig ledningsevne, blandes acetylen svart med dette for å forbedre dens ledningsevne. Dette hjelper også til å beholde vann inne i katoden. I denne katodemiksningen legges bariumkromat til som inhibitor, og magnesiumhydroksid legges til som pH-buffer. Magnesiumperklorat med lithiumkromat blandet med vann brukes som elektrolyt. Karbon settes inn i katodemiksen som strømsamler. Kraftpapir, absorbert med elektrolytløsning, plasseres mellom katode- og anodematerialene som separatore. Spesiell omsorg må tas under design av tettsettearrangementet i magnesiumbatteri. Tettsettingen av batteriet skal ikke være så porøs at fuktigheten inne i batteriet vil forbrennes under lagring, og den skal ikke være så uporøs at hydrogen gassen som dannes under uttømmelse, ikke kan slippe ut av batteriet. Så tettsettingen av batteriet skal beholde fuktigheten inne i det, og samtidig gi tilstrekkelig ventilasjon for hydrogen gassen som dannes under uttømmelse. Dette kan gjøres ved å legge til et lite hull på toppen av plasttettet, vasket under retaineringen. Når overflødig gass kommer ut gjennom hullet, deformeres denne retaineringen på grunn av trykk, og det resulterer i at gassen slipper ut.
a
Magnesiumanoden danner den ytre dekken av batteriet, men en annen konstruksjon av magnesiumbatteri er også tilgjengelig, hvor karbon danner den ytre beholderen av batteriet. Her dannes en typisk formet beholder fra høyledende karbon. Denne beholdere er formet som en sylindrisk kopp, og en stavformet del projiseres fra dens sentrum som vist på bildet. Anoden til batteriet dannes av en sylinder eller tromme av magnesium. Diameteren av den sylindriske anoden er omtrent halvparten av karbonkoppen. Katodemiksen plasseres inni denne anodesylinderen og adskilles fra den indre veggen av sylinderen av en papirseparatore. Rommet mellom den indre overflaten av karbonkoppen og den ytre overflaten av anodesylinderen fylles også med katodemiks, og her adskilles den ytre overflaten av anodesylinderen fra katodemiksen av en papirseparatore. Katodemiksen produseres ved å blande mangan dioksid, karbon svart, og en liten mengde vannig magnesium bromid eller perklorat som elektrolyt. Den positive terminalen kobles til enden av karbonkoppen. Den negative terminalen kobles til enden av anodetrommen. Hele systemet er kapslet i en krimpet tinbelagd ståljacke.
Fordeler med magnesiumbatteri
Det har en veldig god selvegenskap; det kan lagres lenge, selv ved høye temperaturer. Disse batterier kan lagres opp til 5 år ved temperatur 20oC.
Det har dobbelt kapasitet sammenlignet med ekvivalent størrelse Leclanche batteri.
Høyere batteri spenning enn zink-karbon batteri.
Kostnad er også moderat.
Ned
