แบตเตอรี่แมกนีเซียม | การสร้างเคมีของแบตเตอรี่แมกนีเซียม
แมกนีเซียมถูกใช้เป็นวัสดุขั้วบวกในแบตเตอรี่หลักแบตเตอรี่ เนื่องจากมีศักยภาพมาตรฐานสูง แมกนีเซียมเป็นโลหะที่เบามากและสามารถหาได้ง่ายเนื่องจากเป็นโลหะราคาถูก แบตเตอรี่แมกนีเซียม/แมงกานีสออกไซด์ (Mg/MnO2) มีอายุการใช้งานสองเท่าเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่สังกะสี/แมงกานีสออกไซด์ (Zn/MnO2) ขนาดเดียวกัน นอกจากนี้ยังสามารถรักษาความจุของแบตเตอรี่ได้แม้ในระหว่างการเก็บรักษาที่อุณหภูมิสูง แบตเตอรี่แมกนีเซียม มีความทนทานและสามารถเก็บรักษาได้เนื่องจากมีชั้นป้องกันที่เกิดขึ้นเองบนผิวของขั้วบวกแมกนีเซียม
แบตเตอรี่แมกนีเซียมจะเสียความสามารถในการเก็บรักษาเมื่อมีการปล่อยประจุบางส่วน ทำให้ไม่เหมาะสมสำหรับการใช้งานในแอปพลิเคชันที่ต้องใช้งานระยะยาวแบบหยุดๆ เริ่มๆ นี่คือเหตุผลหลักที่ทำให้แบตเตอรี่แมกนีเซียม กำลังสูญเสียความนิยม และแบตเตอรี่ลิเธียมกำลังเข้ามาแทนที่
เคมีของแบตเตอรี่แมกนีเซียม
ในแบตเตอรี่แมกนีเซียมหลัก ใช้อัลลอยด์แมกนีเซียมเป็นขั้วบวก และใช้แมงกานีสออกไซด์เป็นวัสดุขั้วลบ แต่แมงกานีสออกไซด์ไม่สามารถให้ความนำไฟฟ้าที่จำเป็นแก่ขั้วลบได้ จึงผสมอะซีทีลีนดำกับแมงกานีสออกไซด์เพื่อให้ได้ความนำไฟฟ้าที่ต้องการ ใช้เพอร์คลอเรตแมกนีเซียมเป็นสารละลายไฟฟ้า และเพิ่มโครเมตบาร์เรียมและโครเมตลิเธียมลงในสารละลายไฟฟ้าเพื่อป้องกันการกัดกร่อน ไฮดรอกไซด์แมกนีเซียมก็ถูกเพิ่มเข้าไปในส่วนผสมนี้เป็นตัวปรับสมดุลเพื่อเพิ่มความสามารถในการเก็บรักษา
ปฏิกิริยาออกซิเดชันที่เกิดขึ้นที่ขั้วบวกคือ,
ปฏิกิริยาลดที่เกิดขึ้นที่ขั้วลบคือ,
ปฏิกิริยาโดยรวม,
แรงดันวงจรเปิดของเซลล์นี้อยู่ที่ประมาณ 2 โวลต์ แต่ค่าทฤษฎีของศักยภาพเซลล์คือ 2.8 โวลต์
โอกาสที่แมกนีเซียมจะเกิดการกัดกร่อนน้อยมากแม้ภายใต้สภาพแวดล้อมที่รุนแรง แมกนีเซียมดิบที่ไม่ผ่านการกลั่นจะทำปฏิกิริยากับความชื้นและสร้างชั้นฟิล์มบางของ Mg(OH)2 บนผิวของมัน
ชั้นฟิล์มนี้ของเพอร์ออกไซด์แมกนีเซียมทำหน้าที่เป็นชั้นป้องกันการกัดกร่อนบนแมกนีเซียม นอกจากนี้ การทำให้แมกนีเซียมผ่านกระบวนการโครเมตยังเพิ่มการป้องกันนี้อย่างมาก แต่เมื่อชั้นฟิล์มของเพอร์ออกไซด์แมกนีเซียมถูกเจาะหรือถอดออกเนื่องจากการปล่อยประจุของแบตเตอรี่ จะเกิดการกัดกร่อนพร้อมกับการสร้างก๊าซไฮโดรเจน
นี่คือเคมีพื้นฐานของแบตเตอรี่แมกนีเซียม
การสร้างแบตเตอรี่แมกนีเซียม
ในทางการสร้าง แบตเตอรี่แมกนีเซียมทรงกระบอกคล้ายคลึงกับแบตเตอรี่สังกะสีคาร์บอนทรงกระบอก ที่นี่ใช้อัลลอยด์แมกนีเซียมเป็นภาชนะหลักของแบตเตอรี่ อัลลอยด์นี้ประกอบด้วยแมกนีเซียมและปริมาณเล็กน้อยของอะลูมิเนียมและสังกะสี ใช้แมงกานีสออกไซด์เป็นวัสดุขั้วลบ เนื่องจากแมงกานีสออกไซด์มีความนำไฟฟ้าต่ำ จึงผสมอะซีทีลีนดำเข้าไปเพื่อเพิ่มความนำไฟฟ้า ซึ่งยังช่วยให้น้ำคงอยู่ภายในขั้วลบ ในส่วนผสมขั้วลบนี้ โครเมตบาร์เรียมถูกเพิ่มเข้าไปเป็นตัวยับยั้ง และไฮดรอกไซด์แมกนีเซียมถูกเพิ่มเข้าไปเป็นตัวปรับ pH ใช้เพอร์คลอเรตแมกนีเซียมผสมกับโครเมตลิเธียมในน้ำเป็นสารละลายไฟฟ้า คาร์บอนถูกใส่เข้าไปในส่วนผสมขั้วลบเป็นตัวรวบรวมกระแสไฟฟ้า กระดาษคราฟท์ที่ดูดซับสารละลายไฟฟ้าถูกวางไว้ระหว่างวัสดุขั้วลบและขั้วบวกเป็นตัวแยก ต้องให้ความสำคัญในการออกแบบระบบปิดผนึกของแบตเตอรี่แมกนีเซียม การปิดผนึกของแบตเตอรี่ไม่ควรโปร่งจนน้ำภายในแบตเตอรี่ระเหยออกไปขณะเก็บรักษา และไม่ควรแน่นจนก๊าซไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นจากการปล่อยประจุไม่สามารถหลุดออกจากแบตเตอรี่ได้ ดังนั้น การปิดผนึกของแบตเตอรี่ควรรักษาความชื้นภายในและให้ช่องระบายเพียงพอสำหรับก๊าซไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นจากการปล่อยประจุ ซึ่งสามารถทำได้โดยการเจาะรูเล็กๆ บนฝาปิดพลาสติกที่อยู่ใต้แหวนรีเทนเนอร์ เมื่อก๊าซเกินออกมาจากรู แหวนรีเทนเนอร์จะเปลี่ยนรูปเนื่องจากแรงดันและทำให้ก๊าซหลุดออกมา
a
ขั้วบวกแมกนีเซียมเป็นปกนอกของแบตเตอรี่ แต่ยังมีการสร้างแบตเตอรี่แมกนีเซียมอีกวิธีหนึ่งที่ใช้คาร์บอนเป็นภาชนะนอกของแบตเตอรี่ ที่นี่ภาชนะที่มีรูปร่างเฉพาะถูกสร้างขึ้นจากคาร์บอนที่มีความนำไฟฟ้าสูง ภาชนะนี้ถูกสร้างขึ้นในรูปทรงกระบอกและมีแท่งรูปทรงกระบอกยื่นออกมาจากศูนย์กลางตามที่แสดงในภาพ ขั้วบวกของแบตเตอรี่ถูกสร้างขึ้นโดยกระบอกหรือกลองแมกนีเซียม ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของขั้วบวกทรงกระบอกประมาณครึ่งหนึ่งของภาชนะคาร์บอน วัสดุขั้วลบถูกวางไว้ภายในกระบอกขั้วบวกและแยกออกจากผนังภายในของกระบอกโดยกระดาษแยก บริเวณระหว่างผิวภายในของภาชนะคาร์บอนและผิวนอกของกระบอกขั้วบวกก็ถูกเติมด้วยวัสดุขั้วลบเช่นกัน และที่นี่ก็มีกระดาษแยกระหว่างผิวนอกของกระบอกขั้วบวกกับวัสดุขั้วลบ วัสดุขั้วลบถูกผลิตโดยการผสมแมงกานีสออกไซด์ คาร์บอนดำ และปริมาณเล็กน้อยของแมกนีเซียมบรอมไทด์หรือเพอร์คลอเรตในน้ำเป็นสารละลายไฟฟ้า ขั้วลบเชื่อมต่อกับปลายภาชนะคาร์บอน ขั้วบวกเชื่อมต่อกับปลายกระบอกขั้วบวก ระบบทั้งหมดถูกห่อหุ้มด้วยแจ็คเก็ตเหล็กชุบดีบุก
ข้อดีของแบตเตอรี่แมกนีเซียม
มีชีวิตการทำงานที่ดี สามารถเก็บรักษาได้นานแม้ภายใต้อุณหภูมิสูง แบตเตอรี่เหล่านี้แบตเตอรี่สามารถเก็บรักษาได้ถึง 5 ปีที่อุณหภูมิ 20oC
มีความจุสองเท่าเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ Leclanche ขนาดเท่ากัน
แรงดันแบตเตอรี่แรงดันสูงกว่าแบตเตอรี่สังกะสีคาร์บอน
ราคาอยู่ในระดับปานกลาง
ข้อเสียของแบตเตอรี่แมกนีเซียม
การตอบสนองช้า (delayed action)
การปล่อยก๊าซไฮโดรเจนขณะปล่อยประจุ
ความร้อนที่เกิดขึ้นขณะใช้งาน
การเก็บรักษาที่ไม่ดีหลังจากปล่อยประจุบางส่วน
แบตเตอรี่เหล่านี้ไม่ได้ผลิตเชิงพาณิชย์อีกต่อไป
