Акумулятор на основі магнію | Хімічна будова акумулятора на основі магнію

Магній використовується як анодний матеріал у первинних батареях через його високий стандартний потенціал. Це легкий метал. Він також легко доступний, оскільки є дешевим металом. Батарея магній/діоксид марганцю (Mg/MnO2) має подвійний термін служби, тобто ємність, порівняно з батареєю цинк/діоксид марганцю (Zn/MnO2) такого ж розміру. Вона також може зберігати свою ємність під час зберігання, навіть при високих температурах. Батарея магній є дуже стійкою і зберігається, оскільки завжди має захисну оболонку, яка природно утворюється на поверхні магнієвого анода.
Батарея магній втрачає свою зберігаємість, коли вона частково розряджена, тому вона не надто підходить для довгострокового інтермітентного використання. Саме це є основною причиною, чому батарея магній втрачає свою популярність, а літієві батареї займають її ринок.

Хімія батареї магній

У первинній батареї магній сплав магнію використовується як анод; діоксид марганцю використовується як катодний матеріал. Але діоксид марганцю не може забезпечити необхідну провідність катоду, тому акетиленова сажа сумішується з діоксидом марганцю, щоб досягти необхідної провідності. Перхлорат магнію використовується як електроліт. Додавання хромату барію та літію до електроліту запобігає корозії. Гідроксид магнію також додається до цієї суміші як буферний агент для покращення зберігаємості.

Окисна реакція, яка відбувається в аноді, є,


Редукційна реакція, яка відбувається в катоді, є,

Загальна реакція,


Відкрите напруга, яку ця клітинка дає близько 2 вольта, але теоретичне значення потенціалу клітинки становить 2,8 вольта.
Ймовірність корозії магнію дуже мала, навіть при екстремальних середовищах. Сировий магній реагує з вологістю і утворює тонку плівку Mg(OH)2 на своїй поверхні.

Цей тонкий шар пероксиду магнію служить захисним шаром для магнію. Крім того, хроматна обробка магнію значно підвищує цю захисту. Але коли цей захисний шар пероксиду магнію проривається або зникає через розряд батареї, відбувається корозія з утворенням водню.

Конструкція магнієвої батареї

З конструктивної точки зору, циліндрична магнієва батарея схожа на циліндричну цинк-карбонову батарею. Тут використовується сплав магнію як основний контейнер батареї. Цей сплав формується з магнію та невеликої кількості алюмінію та цинку. В якості катодного матеріалу використовується діоксид марганцю. Оскільки діоксид марганцю має слабку провідність, до нього додається ацетиленова сажа, щоб покращити його провідність. Це також допомагає утримувати воду всередині катода. У цю катодну суміш додається барій хромат як інгібітор, а також гідроксид магнію як буфер pH. Перхлорат магнію з хроматом літію, розчинений у воді, використовується як електроліт. Вуглець вставляється в катодну суміш як збирач струму. Папер Kraft, насичений електролітним розчином, розміщується між катодним та анодним матеріалами як сепаратор. Особлива увага повинна приділятися при проектуванні системи герметизації магнієвої батареї. Герметизація батареї не повинна бути настільки пористою, щоб волога всередині батареї випарювалася під час зберігання, і не повинна бути настільки непористою, щоб водневий газ, утворений під час розряду, не міг втекти з батареї. Отже, запечатка батареї повинна утримувати вологу всередині, а одночасно забезпечувати достатній вихід для водневого газу, утвореного під час розряду. Це можна зробити, надавши маленьку отвір на вершині пластикової запечатки, поміщеної під кільце-держач. Коли зайве газ виходить через отвір, кільце-держач деформується через тиск, що призводить до виходу газу.
Магнієвий анод формує зовнішню оболонку батареї, але існує також інша конструкція магнієвої батареї, де вуглець формує зовнішній контейнер батареї. Тут формують спеціальну форму контейнера з високопровідного вуглецю. Цей контейнер формується в циліндричну чашу, і одна паличкоподібна форма виступає з його центру, як показано на картинці. Анод батареї формується циліндричним або барабанним магнієм. Діаметр циліндричного анода становить приблизно половину вуглецевої чаши. Катодна суміш розміщується всередині цього анодного циліндра і відокремлена від внутрішньої стіни циліндра паперовим сепаратором. Простір між внутрішньою поверхнею вуглецевої чаши та зовнішньою поверхнею анодного циліндра також заповнений катодною сумішшю, і тут також зовнішня поверхня анодного циліндра відокремлена від катодної суміші паперовим сепаратором. Катодна суміш виробляється шляхом змішування діоксиду марганцю, вугілля-сажі та невеликої кількості водного бромиду магнію або перхлорату як електроліту. Позитивний контакт під'єднують до кінця вуглецевої чаши. Негативний контакт під'єднують до кінця анодного барабана. Весь системний блок заключається в згинаний жестянний рукав, покритий оловом.

Переваги магнієвої батареї

1. Вона має дуже довгий термін зберігання; її можна зберігати довго, навіть при високих температурах. Ці батареї можна зберігати до 5 років при температурі 20oC.

2. Вона має подвійну ємність по відношенню до еквівалентної розмірності батареї Лекланша.

Вищий напруга напруга, ніж у цинк-карбонових батарей.

Недоліки магнієвої батареї

1. Затримка дії (затримка напруги).

2. Виділення водню під час розряду.

3. Тепловиділення під час використання.

4. Погана зберігання після часткового розряду.

Батареї більше не виробляються комерційно.

Розміри та типи Mg/MnO2 батарей

Заява: Поважайте оригінал, якісні статті варті поширення, у разі порушення авторських прав зверніться для видалення.