مرکوری اکساید باتری | شیمی ساختار مزایا کاربردها
در طول جنگ جهانی دوم، اهمیت داشتن ولتاژ ثابت، ظرفیت بالا و عمر طولانی برای سیستم باتری در شرایط تروپیکی شدید محسوس شد. فناوری باتری اکسید روی-زینک بیش از ۱۰۰ سال پیش شناخته شده بود، اما اولین بار در طول جنگ جهانی دوم توسط ساموئل روبن عملی شد. به دلیل خصوصیات ثابت و پایدار ولتاژ آن، این باتری به خصوص برای استفاده در ساعت‌ها، دوربین‌ها و دستگاه‌های الکترونیکی کوچک مزیت دارد. همچنین در برخی از مدل‌های اولیه دهلیز قلب نیز استفاده شده است.
به دلیل خصوصیات ولتاژ خروجی بسیار پایدار، باتری اکسید روی-زینک به طور گسترده‌ای به عنوان منبع مرجع ولتاژ در آلات اندازه‌گیری الکتریکی استفاده شده است. علاوه بر این، این باتری در معدن‌های ماهواره‌ای پراکنده، دستگاه‌های رادیویی و ماهواره‌های اولیه نیز استفاده شده است.
امروزه این باتری‌ها به دلیل مشکلات زیست‌محیطی مرتبط با وجود جیوه کهنه شده‌اند. دو نوع اصلی باتری اکسید روی-زینک وجود دارد: یکی باتری اکسید روی-زینک و دیگری باتری اکسید روی-کادمیوم. مشکلات زیست‌محیطی نیز با کادمیوم وجود دارد. بازار این باتری‌ها توسط باتری‌های آلکالاین دی‌اکسید منگنز، زینک-هوا، اکسید نقره و لیتیوم جایگزین شده است.
مزایای باتری اکسید روی-زینک
دارای چگالی انرژی بسیار بالا است. حدود ۴۵۰ وات-ساعت در لیتر است.
دارای عمر ذخیره‌سازی بسیار طولانی است.
در محدوده گسترده‌ای از چگالی جریان پایدار می‌ماند.
بسیار کارآمد الکتروشیمیایی است.
بسیار محکم و عموماً حساس به ضربه مکانیکی و ارتعاش نیست.
ولتاژ باز ۱.۳۵ ولت پایدار ارائه می‌دهد که این یک مزیت مهم باتری اکسید روی-زینک است.
ولتاژ پایدار را در طول مدت طولانی عملکرد جریان خروجی ارائه می‌دهد.
معایب باتری اکسید روی-زینک
این باتری‌ها بسیار گران قیمت هستند. به همین دلیل استفاده محدودی دارند.
اگرچه نسبت انرژی به حجم باتری بالاست، اما نسبت انرژی به وزن متوسط است.
عملکرد این باتری در دمای پایین خیلی خوب نیست.
به دلیل وجود جیوه، دفع باتری‌های اکسید روی-زینک استفاده شده مشکل ایجاد می‌کند.
مزایای باتری اکسید روی-کادمیوم
دارای عمر ذخیره‌سازی طولانی‌تری است.
منحنی تخلیه‌ی آن در محدوده طولانی جریان صاف‌تر است.
برخلاف باتری اکسید روی-زینک، در دمای پایین به طور موثر عمل می‌کند.
میزان تولید گاز در باتری اکسید روی-کادمیوم کم است.
معایب باتری اکسید روی-کادمیوم
به دلیل وجود کادمیوم، گران‌تر از باتری اکسید روی-زینک است.
ولتاژ باز مداری استاندارد این باتری ۰.۹ ولت است که بسیار کمتر از باتری اکسید روی-زینک است.
نسبت انرژی به حجم آن متوسط و نسبت انرژی به وزن کم است.
دفع باتری اکسید روی-کادمیوم نیز به دلیل وجود هر دوی کادمیوم و جیوه مشکل زیست‌محیطی ایجاد می‌کند.
ساختار باتری اکسید روی-زینک
این باتری عموماً در شکل‌های پایینی، مسطح و استوانه‌ای ساخته می‌شد. در ساختار پایینی، پوشش بالایی باتری از آلیاژ مس در سطح داخلی و نیکل یا فولاد ضد زنگ در سطح خارجی ساخته شده است. پوشش بالایی از ظرف پایینی با یک مهر و موم نایلون جدا شده است. پودر روی آمالگام‌شده درون پوشش بالایی پخش شده است. بخش پایینی ظرف با مخلوطی از اکسید روی و گرافیت پر شده است. گرافیت در اینجا برای افزایش رسانایی اکسید روی کمک می‌کند. اکسید روی ماده کاتدی اصلی باتری است. بخش بالایی مخلوط کاتدی با مانع متخلخلی که با الکترولیت هیدروکسید پتاسیم یا هیدروکسید سدیم تشریح شده پوشانده شده است. حالا کل پوشش بالایی همراه با مهر و موم و ماده آنودی به داخل ظرف پایین فشرده می‌شود. حالا بخش بالایی باتری آنود و بخش پایینی کاتد است و مانع متخلخل شامل الکترولیت بین آنها قرار دارد. کل مجموعه با کرنش دادن لبه بالایی ظرف پایین یا ظرف به صورت محکم نگه داشته می‌شود. در ساختار مسطح، پودر روی آمالگام‌شده و به صورت پلت فشرده می‌شود. پوشش بالایی باتری با پلیمر گرم‌پذیر دو لایه‌ای پوشانده شده است. صفحات بالایی و داخلی از فولاد ضد زنگ ساخته شده‌اند، اما صفحه داخلی در سطح داخلی با قلع پوشانده شده است. ظرف اصلی سلول نیز از دو ظرف فولاد ضد زنگ ساخته شده است. و لوله تطبیقی در فضای بین ظروف داخلی و خارجی قرار داده شده است. بخش پایینی ظرف با مخلوط کاتدی پر شده و در بالای مخلوط کاتدی جاذب‌های الکترولیت قرار داده شده است. مجموعه مهر و موم بالایی همراه با پلت آنودی به داخل ظرف داخلی فشرده می‌شود و با کرنش دادن ظرف خارجی مسدود می‌شود. یک سوراخ تنفسی در ظرف خارجی ایجاد شده است تا گازی که در طول تخلیه تولید می‌شود بتواند بین ظروف داخلی و خارجی به آسانی خارج شود و هر گونه الکترولیتی که درگیر شده باشد توسط لوله کاغذی جذب شود.
شیمی باتری اکسید روی-زینک
دو نوع الکترولیت القاعی در سلول روی-اکسید روی استفاده می‌شود، یکی بر اساس هیدروکسید پتاسیم و دیگری بر اساس هیدروکسید سدیم. الکترولیت هیدروکسید سدیم معمولاً در جایی استفاده می‌شود که عملکرد در دمای پایین و جریان خروجی بالا ضروری نیست. این الکترولیت معمولاً در سلول روی-اکسید روی استفاده می‌شود، در حالی که الکترولیت بر اساس هیدروکسید پتاسیم فقط در سلول کادمیوم-اکسید روی استفاده می‌شود. کادمیوم در محلول هیدروکسید پتاسیم محلول نیست و به همین دلیل سلول کادمیوم-اکسید روی برای عملکرد در دمای پایین بسیار مناسب است.
واکنش آنود در باتری اکسید روی-زینک
واکنش آنود می‌تواند به صورت زیر نوشته شود،
این واکنش می‌تواند به صورت ساده‌تر به صورت زیر نوشته شود،
واکنش آنود در باتری اکسید روی-کادمیوم
واکنش آنود می‌تواند به صورت زیر نوشته شود،
این واکنش هیچ آبی تولید نمی‌کند؛ بنابراین، الکترولیت استفاده شده در این سلول باید دارای درصد بالایی آب باشد.
واکنش کاتود در باتری اکسید روی-زینک
واکنش کاتود باتری می‌تواند به صورت زیر نوشته شود،
