Magnezijumska baterija | Hemija i konstrukcija magnezijumske baterije
Магнезијум се користи као анодни материјал у првичним батеријама због своје високе стандардне потенцијалне енергије. То је лак метал. Такође је лако доступан као нискоструко метал. Батерија магнезијум/манган диоксид (Mg/MnO2) има двоструку временску трајност односно капацитет у односу на батерију цинк/манган диоксид (Zn/MnO2) исте величине. Такође може задржати свој капацитет, при складиштењу, чак и на високим температурама. Магнезијумска батерија је веома отпорна и скиладишива јер увијек има заштитну оболочку која се природно формира на површини магнезијумског анода.
Магнезијумска батерија губи своју скиладишивост када је деловно разрађена, и то је разлог што није веома пригодна за коришћење у дуготрајним интермитентним применама. То је главни разлог зашто магнезијумска батерија губи популарност, а литијумске батерије преузимају њен тржиште.
Хемија магнезијумске батерије
У првичним магнезијумским батеријама, сплав магнезијума се користи као анод; манган диоксид се користи као катодни материјал. Међутим, манган диоксид не може да пружи неопходну проводљивост катоду, зато се акетилен црна меша са манган диоксидом да би се постигла неопходна проводљивост. Магнезијум перхлорат се користи као електролит. Баријум и литијум хромат се додају електролиту за спречавање корозије. Магнезијум хидроксид такође се додаје овој мешавини као буферни агент за побољшавање скиладишивости.
Окисна реакција која се догађа у аноду је,
Редукциона реакција која се догађа у катоду је,
Укупна реакција,
Отворени напон, ова ћелија даје около 2 волта, али теоријска вредност напона ћелије је 2.8 волта.
Вероватноћа корозије магнезијума је веома мала чак и под екстремним еколошким условима. Сирови магнезијум реагује са влагом и формира танку пленку Mg(OH)2 на својој површини.
Ова танка пленка магнезијум пероксида служи као заштитна слојевита оболочка над магнезијумом. Уз то, хроматна обработка магнезијума значајно побољшава ту заштиту. Али када је ова заштитна пленка магнезијум пероксида пробојена или уклоњена због разрађивања батерије, дешава се корозија са формирањем водоника.
Ово је основна хемија магнезијумске батерије.
Конструкција магнезијумске батерије
По конструкцији, цилиндрична магнезијумска батерија је слична цилиндричној цинк-угљенској батерији. Овде се сплав магнезијума користи као главни контейнер батерије. Овај сплав је формиран од магнезијума и мале количине алуминијума и цинка. Овде се манган диоксид користи као катодни материјал. Како манган диоксид има слабу проводљивост, акетилен црна се меша са овим да би се побољшао проводљивост. Ово такође помаже у задржавању воде унутар катода. У ову мешавину катода додаје се баријум хромат као инхибитор, а такође и магнезијум хидроксид као pH буфер. Магнезијум перхлорат са литијум хроматом мешаним са водом се користи као електролит. Угљеник се умета у мешавину катода као колектор струје. Крафт папир, апсорбиран електролитном раствором, ставља се између катодних и анодних материјала као сепаратор. Посебна пажња треба да се посвети дизајну закључне аранжмане у магнезијумској батерији. Закључивање батерије не треба да буде толико порозно да влага унутар батерије испара при складиштењу, али ни толико непорозно да водоник гас образован при разрађивању не може да избегне из батерије. Закључивање батерије треба да задржи влагу унутар себе, али истовремено да пружи довољно излаза водонику гасу образованом при разрађивању. Ово се може урадити тако што се на врх пластичног закључивања стави мали отвор испод ретенционог прстена. Када излишак гаса излази кроз отвор, ретенциони прстен деформише се под притиском, што доводи до избегавања гаса.
а
Магнезијумски анод формира спољну оболочку батерије, али постоји и друга конструкција магнезијумске батерије где угљеник формира спољну оболочку батерије. Овде се типично обликовање контейнера формира од високо проводљивог угљеника. Овај контейнер је формиран у цилиндричну купасту форму, и један цевовидни облик је пројектован из његовог средишта како је приказано на слици. Анод батерије формира се цилиндричним или барабанским обликом магнезијума. Пречник цилиндричног анода је око половине угљеничне купе. Катодна мешавина ставља се унутар овог цилиндричног анода и одвојена је од унутрашње површине цилиндра папирним сепаратором. Простор између унутрашње површине угљеничне купе и спољне површине анодног цилиндра такође је испуњен катодном мешавином, а овде је такође спољна површина анодног цилиндра одвојена од катодне мешавине папирним сепаратором. Катодна мешавина производи се мешањем манган диоксида, угљеник црна и мала количина водног магнезијум бромида или перхлората као електролита. Позитивни терминал је повезан са крајем угљеничне купе. Негативни терминал је повезан са крајем анодног барабана. Цео систем је инкапсулиран у оскљепану железна жесте плакирану жесту.
Преимени магнезијумске батерије
Има веома добру самоодрживацу; може се скиладиштити дуго времена чак и под високим температурама. Ове батерије могу се скиладиштити до 5 година на температури од 20oC.
Има двоструку капацитету у односу на еквивалентну величину Лекланшеве батерије.
Виши напон батерије напона од цинк-угљенске батерије.
Цена је такође умерена.
Недостаци магнезијумске батерије
Закашњено радње (кашкање напона).
Еволуција водоника током разрађивања.
Топлота генерисана током коришћења.
Лоша скиладиштивост после деловног разрађивања.
Батерије више нису комерцијално производе.
