Batería de Óxido de Mercurio | Química Construcción Ventajas Usos
Durante la Segunda Guerra Mundial, se volvió esencial tener un sistema de batería de voltaje constante, alta capacidad y larga vida útil para su uso en condiciones tropicales extremas. La tecnología de la batería de óxido mercurioso de zinc había sido conocida durante más de 100 años, pero fue utilizada por primera vez de manera práctica por Samuel Ruben durante la Segunda Guerra Mundial. Debido a sus características constantes y estables de voltaje, es particularmente ventajoso usarla en relojes, cámaras y otros dispositivos electrónicos pequeños. También se usó en algunos modelos tempranos de marcapasos.
Debido a su característica de salida de voltaje extremadamente estable, la batería de óxido mercurioso se utilizó ampliamente como fuente de referencia de voltaje en instrumentos de medición eléctrica instrumento de medición. Además de esto, la batería también se usó en minas satélites dispersables, equipos de radio y satélites tempranos.
En la actualidad, estas baterías están quedando obsoletas debido a los problemas ambientales asociados con el mercurio. Existen principalmente dos tipos de batería de óxido mercurioso: una de zinc-óxido mercurioso y otra de cadmio-óxido mercurioso. Los problemas ambientales también están asociados con el cadmio. El mercado de esta batería ha sido ocupado por las baterías de dióxido de manganeso alcalinas, de zinc-aire, de óxido de plata y de litio.
Ventajas de la Batería de Óxido Mercurioso de Zinc
Tiene una densidad de energía muy alta. Es de aproximadamente 450 Wh/L.
Tiene una vida de almacenamiento muy larga.
Permanece estable en un amplio rango de densidad de corriente.
Es altamente eficiente electroquímicamente.
Es muy robusta y generalmente no sensible a impactos mecánicos y vibraciones.
Proporciona un voltaje abierto estable de 1.35 V, lo cual es una ventaja importante de la batería de óxido mercurioso de zinc.
Mantiene un voltaje estable a lo largo de un amplio rango de drenaje de corriente operativo.
Desventajas de la Batería de Óxido Mercurioso de Zinc
Estas baterías son muy caras. Por eso tienen un uso limitado.
Aunque la relación energía-volumen de la batería es alta, la relación energía-peso es moderada.
El rendimiento de esta batería no es muy bueno a bajas temperaturas.
Debido a la presencia de mercurio, la disposición de las baterías de óxido mercurioso de zinc usadas crea un problema.
Ventajas de la Batería de Óxido Mercurioso de Cadmio
Tiene una vida de almacenamiento más larga.
Tiene una curva de descarga más plana en un amplio rango de corriente.
A diferencia de la batería de óxido mercurioso de zinc, opera eficientemente a bajas temperaturas.
La etiqueta de evolución de gas de la batería de óxido mercurioso de cadmio es baja.
Desventajas de la Batería de Óxido Mercurioso de Cadmio
Es más cara que la batería de óxido mercurioso de zinc debido al cadmio.
El voltaje abierto estándar de esta batería es de 0.9 V, lo cual es mucho menor que el de la batería de óxido mercurioso de zinc.
Su relación energía-volumen es moderada, y la relación energía-peso es baja.
La disposición de la batería de óxido mercurioso de cadmio también crea un problema ambiental debido a la presencia de ambos, cadmio y mercurio.
Construcción de la Batería de Óxido Mercurioso
Esta batería se fabricaba principalmente en forma de fondo, plana y cilíndrica. En la configuración de fondo, la tapa superior de la batería está hecha de aleación de cobre en la cara interna y de níquel o acero inoxidable en la cara externa. La tapa superior está aislada del contenedor inferior mediante un grommet de nailon. Polvo de zinc amalgamado se dispersa dentro de la tapa superior. La parte inferior del contenedor se llena con una mezcla de óxido mercurioso y grafito. El grafito ayuda aquí a aumentar la conductividad del óxido mercurioso. El óxido mercurioso es el material cátodo principal de la batería. La parte superior de la mezcla cátodo está cubierta con un barrera porosa empapada de electrolito de hidróxido de potasio o sodio. Ahora, toda la tapa superior junto con el grommet y el material ánodo se presiona hacia abajo en el contenedor inferior. Ahora, la parte superior de la batería es el ánodo, y la parte inferior es el cátodo, y el separador poroso contiene el electrolito entre ellos. Todo el conjunto se mantiene juntos firmemente mediante el doblado del borde superior del contenedor inferior. En la configuración plana, el polvo de zinc se amalgama y se prensa en un pellet. La tapa superior de la batería está recubierta doblemente con un grommet de polímero moldeado integralmente. Las placas superiores externa e interna están hechas de acero recubierto de níquel, pero la placa interna está recubierta de estaño en la superficie interna. El contenedor principal de la celda también está hecho de dos latas de acero recubierto de níquel. Y el tubo adaptador se coloca en el espacio entre la lata interna y externa. La parte inferior del contenedor se llena con la mezcla cátodo, y en la parte superior de la mezcla cátodo se colocan absorbentes de electrolito. La asamblea del grommet superior junto con el pellet ánodo se presiona en la lata interna y se sella mediante el doblado de la lata externa. Se proporciona un orificio de ventilación en la lata externa para que el gas que pueda generarse durante el descarga pueda escapar fácilmente entre las latas interna y externa, cualquier electrolito atrapado siendo absorbido por el tubo de papel adaptador.
Química de la Batería de Óxido Mercurioso
Se utilizan dos tipos de electrolitos alcalinos en la célula de zinc / óxido mercurioso, uno basado en hidróxido de potasio y otro en hidróxido de sodio. El electrolito de hidróxido de sodio se utiliza generalmente donde no es esencial la operación a bajas temperaturas y el drenaje de corriente alto. Este electrolito se utiliza generalmente en la célula de óxido mercurioso de zinc, mientras que el electrolito basado en hidróxido de potasio solo se utiliza en la célula de óxido mercurioso de cadmio. El cadmio es insoluble en la solución de hidróxido de potasio, y por eso la célula de óxido mercurioso de cadmio es bastante adecuada para la operación a bajas temperaturas.
Reacción Anódica en la Batería de Óxido Mercurioso de Zinc
La reacción anódica puede escribirse como,
Esta reacción puede simplificarse como,
Reacción Anódica en la Batería de Óxido Mercurioso de Cadmio
La reacción anódica puede escribirse como,
Esta reacción no produce agua, por lo tanto, el electrolito utilizado en esta celda debe tener un porcentaje deseado de agua.
Reacción Catódica en la Batería de Óxido Mercurioso
La reacción catódica de la batería puede escribirse como,
Voltaje Nominal de la Batería de Óxido Mercurioso
El voltaje en circuito abierto o sin carga de la batería de óxido mercurioso de zinc es de 1.35 V. Este voltaje es bastante estable bajo diferentes temperaturas a lo largo de un período prolongado de tiempo. El voltaje sin carga de la batería de óxido mercurioso de zinc permanece dentro del 1% durante varios años. Este voltaje sin carga puede variar solo en el orden de 2.5 mV si la temperatura de operación de la batería varía de – 20oC a + 50
