Pin Magnesium | Cấu tạo Hóa học của Pin Magnesium
Magie được sử dụng làm vật liệu anôt trong pin sơ cấp do tiềm năng tiêu chuẩn cao của nó. Đây là một kim loại nhẹ. Nó cũng dễ dàng có sẵn và là một kim loại giá rẻ. Pin magie/mangan dioxide (Mg/MnO2) có tuổi thọ gấp đôi, tức là dung lượng của pin kẽm/mangan dioxide (Zn/MnO2) cùng kích thước. Nó cũng có thể giữ được dung lượng, trong quá trình bảo quản, ngay cả ở nhiệt độ cao. Pin magie rất bền và có thể bảo quản được vì nó luôn có một lớp bảo vệ tự nhiên hình thành trên bề mặt anôt magie.
Pin magie mất khả năng bảo quản khi đã được xả một phần và đó là lý do tại sao nó không phù hợp cho việc sử dụng trong các ứng dụng gián đoạn dài hạn. Đây là lý do chính khiến pin magie đang mất đi sự phổ biến, và pin lithium đang chiếm thị trường của nó.
Hóa học của Pin Magie
Trong pin magie sơ cấp, hợp kim magie được sử dụng làm anôt; mangan dioxide được sử dụng làm vật liệu catôt. Nhưng mangan dioxide không thể cung cấp độ dẫn điện cần thiết cho catôt, vì vậy acetylene đen được trộn với mangan dioxide để đạt được độ dẫn điện cần thiết. Perchlorate magie được sử dụng làm chất điện phân. Cromat barium và lithium được thêm vào chất điện phân để ngăn chặn ăn mòn. Hydroxide magie cũng được thêm vào hỗn hợp này như một tác nhân đệm để cải thiện khả năng bảo quản.
Phản ứng oxi hóa xảy ra ở anôt là,
Phản ứng khử xảy ra ở catôt là,
Phản ứng tổng thể,
Điện áp mạch mở, tế bào này cung cấp khoảng 2 volt nhưng giá trị lý thuyết của điện thế tế bào là 2,8 volt.
Khả năng ăn mòn của magie rất thấp ngay cả trong điều kiện môi trường khắc nghiệt. Magie thô phản ứng với hơi ẩm và tạo thành một lớp màng mỏng của Mg(OH)2 trên bề mặt của nó.
Lớp màng mỏng của peroxide magie này phục vụ như một lớp bảo vệ chống ăn mòn trên magie. Ngoài ra, xử lý chromat trên magie cải thiện đáng kể sự bảo vệ này. Tuy nhiên, khi lớp màng bảo vệ peroxide magie này bị xuyên thủng hoặc bị loại bỏ do việc xả pin, ăn mòn xảy ra với sự hình thành khí hydro.
Đây là hóa học cơ bản của pin magie.
Cấu trúc của Pin Magie
Về cấu trúc, một tế bào pin magie hình trụ tương tự như một tế bào pin kẽm-carbon hình trụ. Ở đây, hợp kim magie được sử dụng làm vỏ chính của pin. Hợp kim này được tạo thành từ magie và một lượng nhỏ nhôm và kẽm. Ở đây, mangan dioxide được sử dụng làm vật liệu catôt. Vì mangan dioxide có độ dẫn điện kém, acetylene đen được trộn vào để cải thiện độ dẫn điện. Điều này cũng giúp giữ nước bên trong catôt. Trong hỗn hợp catôt, chromat barium được thêm vào như một chất ức chế, và hydroxide magie được thêm vào như một tác nhân đệm pH. Perchlorate magie với chromat lithium pha loãng trong nước được sử dụng làm chất điện phân. Carbon được chèn vào hỗn hợp catôt như một bộ thu dòng. Giấy Kraft, hấp thụ với dung dịch chất điện phân, được đặt giữa vật liệu catôt và anôt như các bộ tách. Cần chú ý đặc biệt đến thiết kế của hệ thống niêm phong trong pin magie. Niêm phong của pin không nên quá thấm để hơi ẩm bên trong pin bị bốc hơi trong quá trình bảo quản và cũng không nên quá kín để khí hydro được tạo ra trong quá trình xả không thể thoát ra khỏi pin. Do đó, niêm phong của pin nên giữ được hơi ẩm bên trong và đồng thời cho phép khí hydro thoát ra đủ. Điều này có thể thực hiện bằng cách tạo một lỗ nhỏ trên đỉnh của nắp nhựa rửa dưới vòng giữ. Khi khí dư thoát ra từ lỗ, vòng giữ này bị biến dạng do áp suất và kết quả là khí thoát ra.
a
Anôt magie tạo thành vỏ ngoài của pin, nhưng cũng có cấu trúc pin magie khác nơi carbon tạo thành vỏ chứa của pin. Ở đây, một vỏ chứa có hình dạng đặc biệt được tạo thành từ carbon có độ dẫn điện cao. Vỏ này được tạo thành theo hình dạng cốc hình trụ, và một hình dạng thanh được phóng ra từ trung tâm của nó như được hiển thị trong hình ảnh. Anôt của pin được tạo thành bởi một hình trụ hoặc trống magie. Đường kính của anôt hình trụ là khoảng một nửa của cốc carbon. Hỗn hợp catôt được đặt bên trong hình trụ anôt và được tách khỏi thành trong của hình trụ bằng một bộ tách giấy. Không gian giữa bề mặt trong của cốc carbon và bề mặt ngoài của hình trụ anôt cũng được lấp đầy bằng hỗn hợp catôt và ở đây, bề mặt ngoài của hình trụ anôt cũng được tách khỏi hỗn hợp catôt bằng một bộ tách giấy. Hỗn hợp catôt được sản xuất bằng cách trộn mangan dioxide, carbon đen, và một lượng nhỏ bromide magie hoặc perchlorate nước như chất điện phân. Cực dương được kết nối với cuối cốc carbon. Cực âm được kết nối với cuối trống anôt. Toàn bộ hệ thống được bao bọc trong một áo khoác thép mạ thiếc được ép mép.
Lợi ích của Pin Magie
Nó có tuổi thọ tự nhiên rất tốt; nó có thể được bảo quản trong thời gian dài ngay cả ở nhiệt độ cao. Những pin này có thể được bảo quản lên đến 5 năm ở nhiệt độ 20oC.
Nó có dung lượng gấp đôi so với pin Leclanche cùng kích thước.
Điện áp pin cao hơn so với pin kẽm-carbon.
Chi phí cũng vừa phải.
Nhược điểm của Pin Magie
Chậm hoạt động (trễ điện áp).
Sự hình thành khí hydro trong quá trình xả.
Nhiệt sinh ra trong quá trình sử dụng.
Bảo quản kém sau khi xả một phần.
Pin không còn được sản xuất thương mại nữa.
