Magnesiumbatteri | Kemisk konstruktion av magnesiumbatteri
Magnesium används som anodmaterial i primära batterier på grund av dess höga standardpotential. Det är ett lätt metall. Det är också enkelt tillgängligt eftersom det är en lågpriskostnadsmetall. Magnesium/mangan(IV)oxid (Mg/MnO2) batteri har två gånger livslängd dvs kapacitet jämfört med zink/mangan(IV)oxid (Zn/MnO2) batteri av samma storlek. Det kan också behålla sin kapacitet under lagring, även vid höga temperaturer. Magnesiumbatteri är mycket hållbart och lagerbar eftersom det alltid har en skyddande täckning som naturligt bildas på ytan av magnesiumanoden.
Magnesiumbatteriet förlorar sin lagerbarhet när det har delvis dechargerats, och därför passar det inte särskilt väl för användning i långtidsperiodiska applikationer. Detta är den huvudsakliga anledningen till att magnesiumbatteri förlorar sin popularitet, och lithiumbatterier tar över dess marknad.
Kemi av magnesiumbatteri
I primärt magnesiumbatteri används magnesiumlegering som anod; mangan(IV)oxid används som katodematerial. Men mangan(IV)oxid kan inte ge den nödvändiga ledningsförmågan till katoden, och därför blandas acetylensvart med mangan(IV)oxid för att uppnå den nödvändiga ledningsförmågan. Magnesiumperklorat används som elektrolyt. Barium- och lithiumkromat tillsätts elektrolyten för att förhindra korrosion. Magnesiumhydroxid tillsätts också denna blanda som buffertämne för att förbättra lagerbarheten.
Oxideringsreaktionen som sker i anoden är,
Reduktionen som sker i katoden är,
Övergripande reaktion,
Den öppna kretsens spänning ger denna cell runt 2 volt men den teoretiska värdet för cellpotentialet är 2.8 volt.
Chansen för korrosion av magnesium är mycket liten även under extrema miljöförhållanden. Råt magnesium reagerar med fuktighet och bildar en tunn film av Mg(OH)2 på ytan.
Denna tunna film av magnesiumperoxid fungerar som en korrosionskyddande lager över magnesium. Utöver detta förbättrar behandling med kromat detta skydd i mycket stor utsträckning. När denna skyddande film av magnesiumperoxid borttagits eller trängts igenom på grund av batteriets dechargin börjar korrosion inträffa med bildandet av vätgas.
Detta är den grundläggande kemin av magnesiumbatteri.
Konstruktion av magnesiumbatteri
Konstruktionstekniskt sett är en cylindrisk magnesiumbattericell liknande en cylindrisk zink-kolbattericell. Här används en legering av magnesium som den huvudsakliga behållaren för batteriet. Denna legering bildas av magnesium och en liten mängd aluminium och zink. Här används mangan(IV)oxid som katodematerial. Eftersom mangan(IV)oxid har dålig ledningsförmåga blandas acetylensvart med detta för att förbättra dess ledningsförmåga. Detta hjälper också till att behålla vatten inuti katoden. I denna katodeblandning tillsätts bariumkromat som inhibitor, och magnesiumhydroxid tillsätts som pH-buffer. Magnesiumperklorat med lithiumkromat blandat med vatten används som elektrolyt. Kol infogas i katodeblandningen som strömavtagare. Kraftpapper, absorberade med elektrolytlösning, placeras mellan katode- och anodematerial som separatorer. Speciell uppmärksamhet måste ges vid design av slutförpackning i magnesiumbatteri. Batteriets slutförpackning ska inte vara så porös att fukten inuti batteriet förångas under lagring, och det ska inte vara så icke-poröst att vätgas som bildas under dechargin inte kan undankomma från batteriet. Så slutförpackningen av batteriet bör behålla fukten inuti det, och samtidigt ger den tillräckligt utrymme för vätgas som bildas under dechargin. Detta kan göras genom att tillhandahålla ett litet hål på toppen av plastseglingsringen under retaineringen. När överflödig gas kommer ut genom hålet, deformeras denna retainering på grund av tryck och resulterar i gasens undanflykt.
a
Magnesiumanod bildar den yttre omslutningen av batteriet, men en annan konstruktion av magnesiumbatteri är också tillgänglig där kol bildar den yttre behållaren av batteriet. Här formar en typiskt formad behållare från högt ledande kol. Denna behållare formar i en cylinderformad koppshape, och en stavliknande form projiceras från dess centrum som visas i bilden. Batteriets anod bildas av en cylinder eller trumma av magnesium. Cylindranodens diameter är ungefär hälften av kolkoppen. Katodeblandningen placeras inuti denna anodcylinder och separeras från den inre väggen av cylindern av en pappersseparator. Rummet mellan den inre ytan av kolkoppen och den yttre ytan av anodcylindern fylls också med katodeblandning och här också separeras den yttre ytan av anodcylindern från katodeblandningen av en pappersseparator. Katodeblandningen produceras genom att blanda mangan(IV)oxid, kolsvart, och en liten mängd vattenlös magnesiumbromid eller perklorat som elektrolyt. Den positiva terminalen är ansluten till slutet av kolkoppen. Den negativa terminalen är ansluten till slutet av anodtrumman. Hela systemet är inkapslat i en crimpad tinpläterad ståljacka.
Fördelar med magnesiumbatteri
Det har en mycket bra självlevnad; det kan lagras under lång tid även vid höga temperaturer. Dessa batterier kan lagras upp till 5 år vid temperaturen 20oC.
Det har dubbel kapacitet jämfört med motsvarande storlek Leclanchebatteri.
Högre batterispänning än zink-kolbatteri.
Kostnaden är också moderat.
Nackdelar med magnesiumbatteri
Fördröjd åtgärd (spänningsfördröjning).
Vätgasbildning under dechargin.
Värmegenerering under användning.
Dålig lagerbarhet efter partiell dechargin.
Batterierna tillverkas inte längre kommersiellt.
