Батерия с оксид на месинг | Химическо строеж Преимущества Приложения
По време на Втората световна война стана съществено да има система за батерии с постоянна напрежение, висока капацитет и дълъг живот при изключителни тропически условия. Технологията на цинк-ртутен оксид батерии е известна повече от 100 години, но тя беше първоизползвана практически от Самуел Рубен по време на Втората световна война. Благодарение на нейните константни и стабилни батерийни характеристики, тя е особено полезна за използване в часовници, камери и други малки електронни устройства. Също така беше използвана в някои ранни модели на хартитмови стимулатори.
Благодарение на своята изключително стабилна характеристика на изходното напрежение, ртутен оксид батерията беше широко използвана като източник на референтно напрежение в електрически измервателни инструменти. Освен това, батерията беше използвана и в малки разпръскващи се спътникови мина, радиоапарати и ранни спътници.
Днес тези батерии стават устарели поради своята вреда за околната среда, свързана с ртутьта. Има две основни типа ртутен оксид батерии – един цинк-ртутен оксид батерия и два кадмиев-ртутен оксид батерия. Вреда за околната среда е свързана и с кадмия. Пазарът на тези батерии е бил зает от алкалини манган диоксид, цинк-въздух, сребърен оксид и литиеви батерии.
Преимущества на цинк-ртутен оксид батерията
Има много висока енергийна гъстота. Тя е около 450 Wh/L
Има много дълъг срок на съхранение.
Остава стабилна при широк диапазон на токова гъстота.
Е изключително електрохимично ефективна.
Е много издръжлива и обикновено не е чувствителна към механично ударяване и вибрация.
Предоставя стабилни 1.35 V напрежение при отворена верига, което е важно преимущество на цинк-ртутената батерия.
Предоставя стабилно напрежение през дълъг период на използване при различни токови разходи.
Недостатъци на цинк-ртутен оксид батерията
Тези батерии са много скъпи. Затова те имат ограничено използване.
Макар че отношението енергия към обем на батерията е високо, отношението енергия към тегло е умерено.
Производителността на тази батерия не е много добра при ниски температури.
Отхвърлянето на използвани цинк-ртутен оксид батерии причинява проблем, поради наличието на ртуть.
Преимущества на кадмиев-ртутен оксид батерията
Има по-дълъг срок на съхранение.
Има по-равномерна крива на разрядване при дълъг диапазон на ток.
В противовес на цинк-ртутен оксид батерията, тя работи ефективно при ниски температури.
Уровнят на газове, произведени от кадмиев-ртутен оксид батерия, е нисък.
Недостатъци на кадмиев-ртутен оксид батерията
Е по-скъпа от цинк-ртутен оксид батерията, поради наличието на кадмий.
Стандартното напрежение при отворена верига на тази батерия е 0.9 V, което е значително по-ниско от това на цинк-ртутен оксид батерията.
Отношението енергия към обем е умерено, а отношението енергия към тегло е ниско.
Отхвърлянето на кадмиев-ртутен оксид батерия също причинява проблем за околната среда, поради наличието както на кадмий, така и на ртуть.
Конструкция на ртутен оксид батерията
Тази батерия се произвеждаше главно в дънна, плоска и цилиндрична форма. В дънната конфигурация, горната покривка на батерията е направена от меден сплав на вътрешната страна и никел или неръждаема стомана на външната страна. Горната покривка е изолирана от долната контейнера чрез нилоново пръстенче. Амалгамацията на цинков прах е разпределена вътре в горната покривка. Долната част на контейнера е напълнена със смес от ртутен оксид и графит. Графитът помага тук да увеличи проводимостта на ртутен оксид. Ртутен оксид е основния катоден материал на батерията. Горната част на катодната смес е покрита с проницаема преграда, напоена с калиев хидроксид или натриев хидроксид електролит. Сега цялата горна покривка заедно с пръстенчето и аноден материал е притисната надолу в долната контейнера. Сега горната част на батерията е анод, а долната част е катод, а проницаемата преграда съдържа електролита между тях. Цялата сборка е здраво задържана чрез завинчване на горния ръб на долната кутия или контейнер. В плоската конфигурация, цинков прах е амалгамация и притиснат в пелет. Горната покривка на батерията е двойно покрита с интегрално формовано полимерно пръстенче. Външната и вътрешната горна плоча са направени от никелирана стомана, но вътрешната плоча е оловена на вътрешната страна. Основният контейнер на клетката също е направен от две кантове от никелирана стомана. Адаптерната тръба е поставена в пространството между външната и вътрешната канта. Долната част на контейнера е напълнена с катодна смес, а върху катодната смес са поставени абсорбенти на електролит. Горната сборка заедно с аноден пелет е притисната вътре във вътрешната канта и запечатването се извършва чрез завинчване над външната канта. Отвор за вентилация е осигурен във външната канта, така че газовете, които могат да бъдат генерирали при разрядване, лесно да се изпразнят между външната и вътрешната канта, всички въвлечени електролити да бъдат абсорбирани от хартиената адаптерна тръба.
Химията на ртутен оксид батерията
Две вида алкалин електролит се използват в цинк/ртутената клетка, един базиран на калиев хидроксид, а другия - на натриев хидроксид. Натриев хидроксид електролит се използва, когато операция при ниски температури и високи токови разходи не са необходими. Този електролит се използва обикновено в цинк-ртутен оксид клетка, докато калиев хидроксид електролит се използва само в кадмиев-ртутен оксид клетка. Кадмиевият е нерастворим в калиев хидроксид раствор, затова кадмиев-ртутен оксид клетката е много подходяща за работа при ниски температури.
Анодна реакция в цинк-ртутен оксид батерията
Анодната реакция може да бъде записана като,
Тази реакция може да бъде опростена като,
Анодна реакция в кадмиев-ртутен оксид батерията
Анодната реакция може да бъде записана като,
Тази реакция не произвежда никаква вода, затова електролитът, използван в тази клетка, трябва да има желано високо съдържание на вода.
Катодна реакция в ртутен оксид батерията
