Bateria de Magnésio | Construção Química da Bateria de Magnésio
O magnésio é usado como material de ânodo em baterias primárias devido ao seu alto potencial padrão. É um metal leve. Também está facilmente disponível, sendo um metal de baixo custo. A bateria de magnésio/dióxido de manganês (Mg/MnO2) tem o dobro da vida útil, ou seja, capacidade da bateria de zinco/dióxido de manganês (Zn/MnO2) do mesmo tamanho. Ela também pode manter sua capacidade durante o armazenamento, mesmo em altas temperaturas. A bateria de magnésio é muito durável e armazenável, pois sempre possui uma capa protetora que se forma naturalmente na superfície do ânodo de magnésio.
A bateria de magnésio perde sua capacidade de armazenamento uma vez que tenha sido parcialmente descarregada, e é por isso que não é muito adequada para uso em aplicações intermitentes de longo prazo. Esta é a principal razão pela qual a bateria de magnésio está perdendo sua popularidade, e as baterias de lítio estão ocupando seu mercado.
Química da Bateria de Magnésio
Na bateria de magnésio primária, é utilizado uma liga de magnésio como o ânodo; o dióxido de manganês é usado como material cátodo. No entanto, o dióxido de manganês não pode fornecer a condutividade necessária ao cátodo, e é por isso que o preto acetylene é misturado com o dióxido de manganês para alcançar a condutividade necessária. O perclorato de magnésio é usado como eletrólito. Cromato de bário e lítio são adicionados ao eletrólito para prevenir a corrosão. Hidróxido de magnésio também é adicionado a essa mistura como agente tampão para melhorar o armazenamento.
A reação de oxidação que ocorre no ânodo é,
A reação de redução que ocorre no cátodo é,
Reação geral,
A tensão em circuito aberto, esta célula fornece cerca de 2 volts, mas o valor teórico do potencial da célula é 2,8 volts.
A chance de corrosão do magnésio é muito baixa, mesmo em condições ambientais extremas. O magnésio bruto reage com a umidade e forma uma camada fina de filme de Mg(OH)2 em sua superfície.
Esta fina camada de peróxido de magnésio serve como uma camada protetora contra a corrosão do magnésio. Além disso, o tratamento com cromato no magnésio melhora essa proteção em grande medida. Mas quando esta camada protetora de peróxido de magnésio é perfurada ou removida devido à descarga da bateria, ocorre a corrosão com a formação de gás hidrogênio.
Esta é a química básica da bateria de magnésio.
Construção da Bateria de Magnésio
Em termos de construção, uma célula de bateria de magnésio cilíndrica é semelhante a uma célula de bateria de zinco-carbono cilíndrica. Aqui, uma liga de magnésio é usada como o contêiner principal da bateria. Esta liga é formada por magnésio e uma pequena quantidade de alumínio e zinco. Neste caso, o dióxido de manganês é usado como material cátodo. Como o dióxido de manganês tem baixa condutividade, o preto acetylene é misturado com isso para melhorar sua condutividade. Isso também ajuda a reter água dentro do cátodo. Nesta mistura de cátodo, o cromato de bário é adicionado como inibidor, e o hidróxido de magnésio é adicionado como tampão de pH. O perclorato de magnésio com cromato de lítio misturado com água é usado como eletrólito. Carbono é inserido na mistura do cátodo como coletor de corrente. Papéis Kraft, absorvidos com solução de eletrólito, são colocados entre os materiais de cátodo e ânodo como separadores. Especial atenção deve ser dada ao design do arranjo de vedação na bateria de magnésio. A vedação da bateria não deve ser tão porosa que a umidade dentro da bateria será evaporada durante o armazenamento, e não deve ser tão impermeável que o gás de hidrogênio formado durante a descarga não possa escapar da bateria. Portanto, a vedação da bateria deve reter a umidade dentro dela, e ao mesmo tempo, dar ventilação suficiente ao gás de hidrogênio formado durante a descarga. Isso pode ser feito fornecendo um pequeno orifício no topo do selo plástico lavado sob o anel retentor. Quando o gás excessivo sai pelo orifício, este anel retentor é deformado devido à pressão, resultando na fuga do gás.
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O ânodo de magnésio forma a cobertura externa da bateria, mas outra construção da bateria de magnésio também está disponível, onde o carbono forma o contêiner externo da bateria. Aqui, um contêiner tipicamente moldado é formado a partir de carbono altamente condutivo. Este contêiner é formado em formato de copo cilíndrico, e uma forma de haste é projetada de seu centro, conforme mostrado na imagem. O ânodo da bateria é formado por um cilindro ou tambor de magnésio. O diâmetro do ânodo cilíndrico é aproximadamente metade do copo de carbono. A mistura do cátodo é colocada dentro deste cilindro de ânodo e separada da parede interna do cilindro por um separador de papel. O espaço entre a superfície interna do copo de carbono e a superfície externa do cilindro de ânodo também é preenchido com a mistura do cátodo, e aqui também a superfície externa do cilindro de ânodo é separada da mistura do cátodo por um separador de papel. A mistura do cátodo é produzida misturando dióxido de manganês, preto de carbono e pequena quantidade de brometo de magnésio aquoso ou perclorato como eletrólito. O terminal positivo está conectado ao final do copo de carbono. O terminal negativo está conectado ao final do tambor do ânodo. Todo o sistema é encapsulado em uma jaqueta de aço estanhado crimpada.
Vantagens da Bateria de Magnésio
Tem uma ótima vida útil; pode ser armazenada por muito tempo, mesmo em altas temperaturas. Essas baterias podem ser armazenadas por até 5 anos a uma temperatura de 20oC.
Tem o dobro da capacidade comparada à bateria Leclanche de tamanho equivalente.
Tensão mais alta da bateria voltagem do que a bateria de zinco-carbono.
O custo também é moderado.
Desvantagens da Bateria de Magnésio
Ação atrasada (atraso de voltagem).
Evolução de hidrogênio durante a descarga.
Geração de calor durante o uso.
Pobre armazenamento após descarga parcial.
As baterias não são mais fabricadas comercialmente.
