Magnesiuma Batereja | Kemijska Zgradba Magnesiuma Baterije
Magnesium se uporablja kot anodni material v primarnih baterijah zaradi svojega visokega standardnega potenciala. Gre za lahek kovin. Tudi veliko razpoložljiv je, saj je cenejši kovin. Baterija iz magnezija in manganskega dioksida (Mg/MnO2) ima dvakratno življenjsko dobo, torej kapaciteto, baterije iz cinka in manganskega dioksida (Zn/MnO2) enake velikosti. Lahko tudi ohranja svojo kapaciteto med shranjevanjem, tudi pri visokih temperaturah. Magnezijeva baterija je zelo odporna in shranljiva, ker vedno ima zaščitno pokrov, ki se naravno oblikuje na površini magnezijevih anod. Magnezijeva baterija izgubi svojo shranljivost, ko je delno razpraznita, zato ni prav ustrezen za uporabo v dolgoročnih prekinjenih aplikacijah. To je glavni razlog, zakaj magnezijeva baterija izgublja popularnost, in litijeva baterija prevzema njeno tržišče.
Kemijska sestava magnezijevih baterij
V primarnih magnezijevih baterijah se za anod uporablja legiranje magnezija, za katodni material pa manganski dioksid. Manganski dioksid pa ne more zagotoviti zahtevane vodljivosti katodi, zato se z njim meša aceten črn, da se doseže zahtevana vodljivost. Za elektrolit se uporablja magnezijeva perhlorat. Barij in litijev kromat se dodaja elektrolitu za preprečevanje korozije. Dodan je tudi magnezijev hidrokсид, чтобы улучшить сохраняемость.
В аноде происходит окислительная реакция,
В катоде происходит восстановительная реакция,
Общая реакция,
Открытое напряжение этой батареи составляет около 2 вольт, но теоретическое значение потенциала ячейки составляет 2,8 вольта.
Шанс коррозии магния очень мал даже при экстремальных условиях окружающей среды. Сырой магний реагирует с влагой и образует тонкую пленку Mg(OH)2 на своей поверхности.
Эта тонкая пленка пероксида магния служит защитным слоем от коррозии магния. Кроме того, хроматная обработка магния значительно улучшает эту защиту. Однако, когда этот защитный слой пероксида магния проколот или удален из-за разрядки батареи, происходит коррозия с образованием водорода.
Это основная химия магниевых батарей.
Конструкция магниевой батареи
По конструкции цилиндрическая магниевая батарея подобна цилиндрической цинково-углеродной батарее. Здесь сплав магния используется как основной контейнер батареи. Этот сплав состоит из магния и небольшого количества алюминия и цинка. В качестве катодного материала используется диоксид марганца. Поскольку диоксид марганца имеет низкую проводимость, его смешивают с акетиленовым черным для улучшения проводимости. Это также помогает удерживать воду внутри катода. В этом катодном смеси добавляется барий хромат как ингибитор, а также гидроксид магния как буфер pH. В качестве электролита используется перхлорат магния с хроматом лития, растворенный в воде. Углерод вставляется в катодную смесь в качестве сборника тока. Бумага Крафта, пропитанная раствором электролита, помещается между катодными и анодными материалами в качестве разделителя. Особое внимание следует уделять проектированию герметизации в магниевой батарее. Герметизация батареи не должна быть настолько пористой, чтобы влага внутри батареи испарялась во время хранения, и не должна быть настолько непористой, чтобы водород, образующийся при разрядке, не мог выйти из батареи. Поэтому герметизация батареи должна удерживать влагу внутри, и в то же время обеспечивать достаточный выход для водорода, образующегося при разрядке. Это можно сделать, сделав небольшое отверстие на вершине пластиковой герметизации под удерживающим кольцом. Когда избыток газа выходит через отверстие, это удерживающее кольцо деформируется из-за давления, что приводит к выходу газа. Магниевый анод формирует внешнюю оболочку батареи, но существует и другая конструкция магниевой батареи, где углерод формирует внешний контейнер батареи. Здесь типично форма контейнера, изготовленного из высоко проводящего углерода. Этот контейнер имеет форму цилиндрической чашки, и из его центра выступает стержневидная форма, как показано на рисунке. Анод батареи образован цилиндром или барабаном магния. Диаметр цилиндрического анода составляет примерно половину углеродной чашки. Катодная смесь помещается внутрь этого анодного цилиндра и отделена от внутренней стенки цилиндра бумажным разделителем. Пространство между внутренней поверхностью углеродной чашки и внешней поверхностью анодного цилиндра также заполнено катодной смесью, и здесь внешняя поверхность анодного цилиндра также отделена от катодной смеси бумажным разделителем. Катодная смесь производится путем смешивания диоксида марганца, углеродного черного и небольшого количества водного бромида магния или перхлората в качестве электролита. Положительный контакт подключен к концу углеродной чашки. Отрицательный контакт подключен к концу анодного барабана. Вся система заключена в загнутую оловянную стальную оболочку.
Преимущества магниевых батарей
Они имеют очень хороший срок службы; их можно хранить длительное время даже при высоких температурах. Эти батареи могут храниться до 5 лет при температуре 20oC.
Их емкость в два раза больше, чем у аналогичной по размеру батареи Ле-Кланша.
Высокое напряжение батареи, чем у цинково-углеродной батареи.
Стоимость также умеренная.
Недостатки магниевых батарей
Задержка действия (задержка напряжения).
Выделение водорода при разрядке.
Выделение тепла при использовании.
Плохая сохраняемость после частичного разряда.
Батареи больше не производятся коммерчески.
