باتری اکسید رтуть | ساختار شیمیایی مزایا کاربردها
در طول جنگ جهانی دوم، امر داشتن ولتاژ ثابت، ظرفیت بالا و عمر طولانی برای سیستم باتری در شرایط استوایی بسیار حیاتی شد. تکنولوژی باتری اکسید روی-زئین حدود 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 دیگر دستگاه‌های الکترونیکی کوچک مزیت دارد. همچنین در برخی از مدل‌های اولیه دستگاه‌های تنظیم ضربان قلب نیز استفاده شده است.
به دلیل خروجی ولتاژ بسیار پایدار، باتری اکسید روی-زئین به طور گسترده‌ای به عنوان منبع مرجع ولتاژ در دستگاه‌های سنجش الکتریکی استفاده می‌شد. علاوه بر این، این باتری در مین‌های ماهواره‌ای پراکنده، رادیوها و ماهواره‌های اولیه نیز استفاده شده است.
امروزه این باتری‌ها به دلیل مشکلات زیست‌محیطی مرتبط با جیوه منسوخ شده‌اند. دو نوع اصلی باتری اکسید روی-زئین وجود دارد: یکی باتری اکسید روی-زئین و دیگری باتری اکسید روی-کادمیوم. مشکلات زیست‌محیطی نیز با کادمیوم مرتبط است. بازار این باتری‌ها توسط باتری‌های آلکالاین دی‌اکسید منگنز، هوای زئین، اکسید نقره و لیتیوم جایگزین شده است.
مزایای باتری اکسید روی-زئین
این باتری دارای چگالی انرژی بسیار بالا است. حدود ۴۵۰ وات ساعت بر لیتر است.
این باتری دارای عمر ذخیره‌سازی بسیار طولانی است.
در محدوده گسترده‌ای از چگالی جریان ثابت می‌ماند.
این باتری بسیار کارآمد الکتروشیمیایی است.
بسیار محکم و عموماً به تأثیرات مکانیکی و لرزش حساس نیست.
این باتری ولتاژ بازکircuit ۱.۳۵ وولت را که یک مزیت مهم باتری اکسید روی-زئین است، ارائه می‌دهد.
این باتری ولتاژ ثابتی را در طول محدوده گسترده‌ای از جریان خروجی ارائه می‌دهد.
معایب باتری اکسید روی-زئین
این باتری‌ها بسیار گران هستند. به همین دلیل استفاده محدودی دارند.
اگرچه نسبت انرژی به حجم باتری بالا است، اما نسبت انرژی به وزن متوسط است.
عملکرد این باتری در دمای پایین خیلی خوب نیست.
به دلیل وجود جیوه، دفع باتری‌های اکسید روی-زئین مصرف شده مشکل ایجاد می‌کند.
مزایای باتری اکسید روی-کادمیوم
این باتری عمر ذخیره‌سازی طولانی‌تری دارد.
این باتری دارای منحنی تخلیه صاف‌تری در محدوده گسترده‌ای از جریان است.
برخلاف باتری اکسید روی-زئین، این باتری در دمای پایین به طور مؤثر عمل می‌کند.
میزان تولید گاز در باتری اکسید روی-کادمیوم کم است.
معایب باتری اکسید روی-کادمیوم
این باتری گران‌تر از باتری اکسید روی-زئین است زیرا شامل کادمیوم است.
ولتاژ بازکیوت استاندارد این باتری ۰.۹ وولت است که بسیار کمتر از باتری اکسید روی-زئین است.
نسبت انرژی به حجم آن متوسط و نسبت انرژی به وزن آن کم است.
دفع باتری اکسید روی-کادمیوم نیز مشکلات زیست‌محیطی را به دلیل وجود هر دو عنصر کادمیوم و جیوه ایجاد می‌کند.
ساختار باتری اکسید روی-زئین
این باتری به طور اصلی در سه شکل پایینی، تخت و استوانه‌ای ساخته شده است. 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 طریق یک حلقه نایلونی از ظرف پایین 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 به افزایش هدایت‌پذیری اکسید روی کمک می‌کند. اکسید روی مواد اصلی آنود باتری است. بالای مخلوط آنود با باریکه‌ای متخلخل از الکترولیت هیدروکسید پتاسیم یا هیدروکسید سدیم که جاذب شده است پوشیده شده است. حالا کل پوشش بالایی همراه با حلقه نایلونی و مواد آنود به داخل ظرف پایین فشرده می‌شود. حالا بخش بالایی باتری آنود و بخش پایینی آن کاتود است و باریکه متخلخل الکترولیت را بین آنها حاوی می‌کند. کل مجموعه با تکان دادن لبه بالایی ظرف پایین یا ظرف محکم نگه داشته می‌شود. در ساختار تخت، پودر روی آمالگام‌شده و به شکل پله فشرده می‌شود. پوشش بالایی باتری با پوشش چند لایه‌ای از پلیمر یکپارچه شده است. صفحات داخلی و خارجی بالایی از فولاد ضد زنگ ساخته شده‌اند اما صفحه داخلی در سطح داخلی آن با نیکل پوشیده شده است. ظرف اصلی سلول نیز از دو ظرف فولاد ضد زنگ ساخته شده است. و لوله تطبیقی در فضای بین ظرف داخلی و خارجی قرار دارد. بخش پایینی ظرف با مخلوط کاتود پر شده است و در بالای مخلوط کاتود جاذب‌های الکترولیت قرار داده شده است. مجموعه پوشش بالایی همراه با پله آنود به داخل ظرف داخلی فشرده شده و با تکان دادن لبه ظرف خارجی مسدود می‌شود. یک سوراخ بخار در ظرف خارجی ایجاد شده است تا گازی که ممکن است در طول تخلیه تولید شود بتواند بین ظرف‌های داخلی و خارجی به آسانی خارج شود، هر گونه الکترولیت جذب‌شده توسط لوله کاغذی تطبیقی جذب می‌شود.
شیمی باتری اکسید روی-زئین
دو نوع الکترولیت القاعی در سلول روی-زئین استفاده می‌شود: یکی بر پایه هیدروکسید پتاسیم و دیگری بر پایه 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 اکسید روی-زئین استفاده می‌شود، در حالی که الکترولیت بر پایه هیدروکسید پتاسیم فقط در سلول اکسید روی-کادمیوم استفاده می‌شود. کادمیوم در محلول هیدروکسید پتاسیم حل‌ناپذیر است و به همین دلیل سلول اکسید روی-کادمیوم برای عملکرد در دمای پایین بسیار مناسب است.
واکنش آنود در باتری اکسید روی-زئین
واکنش آنود می‌تواند به صورت زیر نوشته شود:
این واکنش می‌تواند به صورت ساده‌تری 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 مطلوبی از آب باشد.
