Baterie s oxidem rtuťnatým | Chemická konstrukce Výhody Použití

Během druhé světové války se stalo nezbytným mít konstantní napětí, vysokou kapacitu a dlouhodobou životnost baterie pro použití v extrémních tropických podmínkách. Technologie baterií s kyselým oxidem rtuti byla známa více než 100 let, ale poprvé ji prakticky použil Samuel Ruben během druhé světové války. Díky jejímu konstantnímu a stabilnímu napětí je zvláště výhodné používat ji v hodinkách, fotoaparátech a jiných malých elektronických zařízeních. Byla také použita v některých starších modelech pacemakerů.
Díky své velmi stabilní charakteristice výstupního napětí byla baterie s kyselým oxidem rtuti široce používána jako zdroj referenčního napětí v elektrických měřicích přístrojích. Kromě toho byla baterie použita v malých rozptylových satelitních minách, rádiových přijímačích a raných satelitech.

Dnes se tyto baterie stávají zastaralými kvůli svým ekologickým problémům spojeným s rtutí. Existují především dva typy baterií s kyselým oxidem rtuti – jedna baterie s kyselým oxidem rtuti a zinkem a druhá baterie s kyselým oxidem rtuti a kadmiovanou. Ekologické problémy jsou spojené také s kadmiem. Trh s těmito bateriemi byl obsazen alkalickými bateriemi s dusičnanem manganu, zink-air, stříbrným oxidem a lithiem.

Výhody baterie s kyselým oxidem rtuti a zinkem

1. Má velmi vysokou energii na objem. Je to asi 450 Wh/L

2. Má velmi dlouhou dobu skladování.

3. Zůstává stabilní v širokém rozmezí hustoty proudu.

4. Je velmi elektrochemicky efektivní.

5. Je velmi robustní a obecně nestálá vůči mechanickému dopadu a vibraci.

6. Poskytuje stabilní 1,35 V otevřeného okruhu, což je důležitá výhoda baterie s kyselým oxidem rtuti a zinkem.

7. Poskytuje stabilní napětí po celou dobu dlouhého časového období odvodňování proudu.

Nevýhody baterie s kyselým oxidem rtuti a zinkem

1. Tyto baterie jsou velmi drahé. Proto mají omezené použití.

2. Ačkoli poměr energie k objemu baterie je vysoký, poměr energie k hmotnosti je střední.

3. Výkon této baterie není při nízké teplotě velmi dobrý.

4. Vzhledem k přítomnosti rtuti vzniká problém s likvidací použitých baterií s kyselým oxidem rtuti a zinkem.

Výhody baterie s kyselým oxidem rtuti a kadmiovanou

1. Má delší dobu skladování.

2. Má plochou křivku vybíjení v širokém rozmezí proudu.

3. Na rozdíl od baterie s kyselým oxidem rtuti a zinkem funguje efektivně i při nízké teplotě.

4. Úroveň vytváření plynů u baterie s kyselým oxidem rtuti a kadmiovanou je nízká.

Nevýhody baterie s kyselým oxidem rtuti a kadmiovanou

1. Je dražší než baterie s kyselým oxidem rtuti a zinkem kvůli kadmiovi.

2. Standardní otevřené napětí této baterie je 0,9 V, což je mnohem nižší než u baterie s kyselým oxidem rtuti a zinkem.

3. Poměr energie k objemu je střední, a poměr energie k hmotnosti je nízký.

4. Likvidace baterie s kyselým oxidem rtuti a kadmiovanou také vytváří ekologický problém kvůli přítomnosti jak kadmia, tak rtuti.

Konstrukce baterie s kyselým oxidem rtuti

Tato baterie byla hlavně vyráběna ve spodní, ploché a válcové formě. V konfiguraci spodní části je horní víko baterie vyrobeno z měděné slitiny na vnitřní straně a z mosazi nebo nerezové oceli na vnější straně. Horní víko je izolováno od spodního kontejneru nylonovým gumovým kroužkem. Amalgamovaný prášek zinku je rozmístěn uvnitř horního víka. Spodní část kontejneru je plněna směsí kyselého oxidu rtuti a grafitu. Grafit zde pomáhá zvýšit vodivost kyselého oxidu rtuti. Kyselý oxid rtuti je hlavním anodovým materiálem baterie. Horní část anodové směsi je pokryta porézním bariérem nasáklým elektrolýtem hydroxidem draselným nebo sodným. Nyní je celé horní víko spolu s gumovým kroužkem a anodovým materiálem stlačeno do spodního kontejneru. Nyní je horní část baterie anodou a spodní část katodou, a porézní separátor obsahuje elektrolýt mezi nimi. Celá součást je pevně držena stlačením horní hrany spodního kontejneru. V ploché konfiguraci je prášek zinku amalgamován a stlačen do tabletu. Horní víko baterie je dvakrát plechováno s integrálně tvarovaným polymerovým gumovým kroužkem. Vnější a vnitřní horní desky jsou vyrobeny z mosazně plechované oceli, ale vnitřní deska je stanově plechovaná na vnitřní straně. Hlavní kontejner článku je také vyroben ze dvou kontejnerů z mosazně plechované oceli. A adaptér je umístěn v prostoru mezi vnitřním a vnějším kontejnerem. Spodní část kontejneru je plněna katodovou směsí, a na vrchu katodové směsi jsou umístěny absorbenty elektrolýtu. Horní gumový kroužek spolu s anodovým tabletem je stlačen do vnitřního kontejneru a uzavření je provedeno stlačením nad vnějším kontejnerem. V otvoru pro ventilaci v vnějším kontejneru mohou snadno unikat plyny, které mohou být vygenerovány během vybíjení, mezi vnitřním a vnějším kontejnerem, jakékoli unesené elektrolýty jsou absorbovány papírovým adaptérem.

Chemie baterie s kyselým oxidem rtuti

V baterii s kyselým oxidem rtuti a zinkem se používají dva typy alkalického elektrolýtu, jeden založený na hydroxidu draselném a druhý na hydroxidu sodném. Hydroxid sodný se obvykle používá tam, kde není nezbytné nízkotemperační provoz a vysoký odvod proudu. Tento elektrolýt se obvykle používá v baterii s kyselým oxidem rtuti a zinkem, zatímco hydroxid draselný se používá pouze v baterii s kyselým oxidem rtuti a kadmiovanou. Kadmius je nerozpustný v roztoku hydroxidu draselného, proto je baterie s kyselým oxidem rtuti a kadmiovanou velmi vhodná pro nízkotemperační provoz.

Anodová reakce v baterii s kyselým oxidem rtuti a zinkem

Anodovou reakci lze zapsat jako,

Tuto reakci lze zjednodušit na,

Anodová reakce v baterii s kyselým oxidem rtuti a kadmiovanou

Anodovou reakci lze zapsat jako,

Tato reakce nevytváří žádnou vodu, proto by měl elektrolýt použitý v tomto článku mít požadovaný vysoký procentuální obsah vody.

Katodová reakce v baterii s kyselým oxidem rtuti