Kviksølvoks batteri | Kemi Konstruktion Fordele Anvendelser

Under anden verdenskrig blev det nødvendigt at have en konstant spænding, høj kapacitet, lang levetid batteri system til brug under ekstreme tropiske forhold. Teknologien bag zink-høkskioxid batterier havde været kendt i over 100 år, men det blev først praktisk anvendt af Samuel Ruben under anden verdenskrig. På grund af dets konstante og stabile spændings karakteristika, er det især fordelagtigt at bruge i ure, kameraer og andre små elektroniske enheder. Det blev også brugt i nogle af de tidlige modeller af pacemakers.
På grund af dets yderst stabile udgangsspændingskarakteristik blev høkskioxid batteriet bredt anvendt som et spændingsreferencekilde i elektriske måleinstrumenter. Udover dette blev batteriet også brugt i små spredbare satellitminer, radioudstyr og tidlige satellitter.

I disse dage bliver disse batterier forældede på grund af miljøproblemer forbundet med kviksølv. Der findes hovedsageligt to typer høkskioxid batterier – én zink-høkskioxid batteri og to cadmium-høkskioxid batteri. Miljøproblemer er også forbundet med cadmium. Markedet for dette batteri er blevet overtaget af alkalisk mangandioxid, zink-luft, sølvoksid og lithium batterier.

Fordelene ved Zink-Høkskioxid Batteri

1. Det har en meget høj energitæthed. Det er omkring 450 Wh/L

2. Det har en meget lang lagringsperiode.

3. Forbliver stabil over et bredt område af strømtætheder.

4. Det er højt elektrokemisk effektivt.

5. Det er meget robust og generelt ikke følsomt over for mekanisk påvirkning og vibration.

6. Det giver en stabil 1.35 V åbenkreds spænding, hvilket er en vigtig fordel ved zink-høkskioxid batteri.

7. Det giver stabil spænding over lang periode af strømafledning.

Ulemper ved Zink-Høkskioxid Batteri

1. Disse batterier er meget dyre. Derfor har de begrænset anvendelse.

2. Selvom energi til volumen-forholdet for batteriet er højt, er energi til vægt-forholdet moderat.

3. Ydelsen af dette batteri er ikke særlig god ved lave temperaturer.

4. På grund af tilstedeværelsen af kviksølv, skaber udfasning af brugte zink-høkskioxid batterier et problem.

Fordelene ved Cadmium-Høkskioxid Batteri

1. Det har en længere lagringsperiode.

2. Det har en fladere udslip kurve over et langt område af strøm.

3. Modsat zink-høkskioxid batteri, fungerer det effektivt ved lave temperaturer.

4. Gasudviklingsetiketten for cadmium-høkskioxid batteri er lav.

Ulemper ved Cadmium-Høkskioxid Batteri

1. Det er dyrere end zink-høkskioxid batteri på grund af cadmium.

2. Standard åbenkreds spænding for dette batteri er 0.9 V, hvilket er meget lavere end for zink-høkskioxid batteri.

3. Dets energi til volumen-forhold er moderat, og energi til vægt-forholdet er lavt.

4. Udfasning af cadmium-høkskioxid batteri skaber også miljøproblemer på grund af tilstedeværelsen af både cadmium og kviksølv.

Konstruktion af Høkskioxid Batteri

Dette batteri blev hovedsageligt produceret i bund, fladt og cylindrisk form. I bundkonfigurationen er toppladen af batteriet lavet af kobberlegering på den indre side og nikkel eller rustfrit stål på den ydre side. Toppladen er isoleret fra bundbeholderen ved hjælp af en nylon grommet. Amalgame zink pulver er fordelt indeni toppladen. Den nedre del af beholderen er fyldt med en blanding af høkskioxid og grafitt. Grafitt hjælper her med at øge ledningsdygtigheden af høkskioxid. Høkskioxid er hovedkathodemateriallet i batteriet. Toppen af kathodemixen er dækket med kaliumhydroksid eller natriumhydroksid elektrolyt-soaked porøs barrier. Nu trykkes hele toppladen sammen med grommet og anodematerial ind i bundbeholderen. Nu er den øvre del af batteriet anoden, og den nedre del er kathoden, og den porøse separator indeholder elektrolyten mellem dem. Hele monteringen holdes tæt sammen ved at kravne over kanten af bundbehælderen. I fladkonfiguration er zink pulver amalgame og presset ind i en pellet. Toppladen af batteriet er dobbeltplateret med integralt formet polymer grommet. Ydre og indre topplader er lavet af nikkelplateret stål, men den indre plade er tinplateret på den indre overflade. Hovedbeholderen af cellen er også lavet af to nikkelplaterede stålkasser. Og adapterrøret er placeret i mellemrummet mellem den indre og ydre beholder. Den nedre del af beholderen er fyldt med kathodemix, og på toppen af kathodemixen er elektrolytabsorberende materialer placeret. Topgrommet-montering sammen med anodepellet trykkes ind i den indre beholder, og sigillering foretages ved at kravne over den ydre beholder. En ventilhul er placeret i den ydre beholder, så gas, der kan dannes under udladning, let kan undslippe mellem den indre og ydre beholder, og eventuelle elektrolyt, der er optaget, absorberes af papiradapterrøret.

Kemi af Høkskioxid Batteri

To typer alkalisk elektrolyt bruges i zink/høkskioxid-cellen, den ene baseret på kaliumhydroksid og den anden på natriumhydroksid. Natriumhydroksidelektrolyt bruges generelt, hvor lavtemperatur-operation og høj strømafladning ikke er nødvendige. Denne elektrolyt bruges generelt i zink-høkskioxid celle, mens kaliumhydroksid-baseret elektrolyt kun bruges i cadmium-høkskioxid celle. Cadmium er uløseligt i kaliumhydroksid-løsning, og derfor er cadmium-høkskioxid cellen meget egnet til lavtemperatur-operation.

Anoderreaktion i Zink-Høkskioxid Batteri

Anoderreaktionen kan skrives som,

Denne reaktion kan forenkles til,

Anoderreaktion i Cadmium-Høkskioxid Batteri

Anoderreaktionen kan skrives som,

Denne reaktion producerer ingen vand, derfor bør elektrolyten, der bruges i denne celle, have ønsket højt vandindhold.

Kathoderreaktion i Høkskioxid Batteri

Kathoderreaktionen i batteriet kan skrives som,

Nominel Spænding af Høkskioxid Batteri

Åbenkreds eller ubelasted spænding af zink-høkskioxid batteri er 1.35 V. Denne spænding er ret stabil under forskellige temperaturer over en lang periode. Ubelastet spænding af zink-høkskioxid batteri forbliver inden for 1% i flere år. Denne ubelasted spænding kan kun variere i ordenen 2.5 mV, hvis driftstemperaturen for batteriet varierer fra