Pilas de óxido de mercuro | Química Construción Ventajas Usos

Durante a Segunda Guerra Mundial, resultou esencial dispor dun sistema de batería de voltagem constante, alta capacidade e longa duración para usar en condicións extremas tropicais. A tecnoloxía da batería de óxido de mercúrio-zinco era coñecida desde hai máis de 100 anos, pero foi Samuel Ruben quen primeiro a utilizou de xeito práctico durante a Segunda Guerra Mundial. Debido á súa voltagem constante e estable, é particularmente vantaxosa para o uso en reloxos, cámaras e outros dispositivos electrónicos pequenos. Tamén se usou en algúns modelos iniciais de marcapasos.
Debido á súa característica de voltagem de saída extremadamente estable, a batería de óxido de mercúrio foi amplamente utilizada como fonte de referencia de voltagem en instrumentos eléctricos de medición. Ademais destes, a batería tamén se usou en minas satélites dispersables, equipos de radio e satélites iniciais.

Actualmente, estas baterías están quedando obsoletas debido aos seus problemas ambientais asociados ao mercúrio. Existen principalmente dous tipos de batería de óxido de mercúrio: unha de zinco-óxido de mercúrio e outra de cadmio-óxido de mercúrio. Os problemas ambientais tamén están asociados ao cadmio. O mercado desta batería foi ocupado polas baterías de dióxido de manganeso alcalinas, zinco-aire, óxido de prata e lítio.

Vantaxes da Batería de Óxido de Mercúrio-Zinco

1. Tén unha densidade de enerxía moi alta. É de aproximadamente 450 Wh/L

2. Tén unha vida de almacenamento moi longa.

3. Permanece estable nunha ampla gama de densidade de corrente.

4. É altamente eficiente electroquímica.

5. É moi robusta e xeralmente non é sensible ao impacto mecánico e á vibración.

6. Proporciona unha voltagia aberta estável de 1.35 V, que é unha ventaxe importante da batería de óxido de mercúrio-zinco.

7. Ofrece unha voltagia estable durante un longo período de operación con diferentes correntes de descarga.

Desvantaxes da Batería de Óxido de Mercúrio-Zinco

1. Estas baterías son moi caras. Por iso, teñen un uso limitado.

2. Aínda que a relación de enerxía por volume da batería é alta, a relación de enerxía por peso é moderada.

3. O rendemento desta batería non é moi bo a baixas temperaturas.

4. Debido á presenza de mercúrio, a disposición das baterías de óxido de mercúrio-zinco usadas crea un problema.

Vantaxes da Batería de Óxido de Mercúrio-Cadmio

1. Tén unha vida de almacenamento máis longa.

2. Tén unha curva de descarga máis plana sobre unha ampla gama de corrente.

3. Ao contrario da batería de óxido de mercúrio-zinco, funciona de xeito eficiente a baixas temperaturas.

4. A etiqueta de evolución de gas da batería de óxido de mercúrio-cadmio é baixa.

Desvantaxes da Batería de Óxido de Mercúrio-Cadmio

1. É máis cara que a batería de óxido de mercúrio-zinco debido ao cadmio.

2. A voltagia aberta estándar desta batería é de 0.9 V, que é moito menor que a da batería de óxido de mercúrio-zinco.

3. A súa relación de enerxía por volume é moderada, e a relación de enerxía por peso é baixa.

4. A disposición da batería de óxido de mercúrio-cadmio tamén crea un problema ambiental debido á presenza de cadmio e mercúrio.

Construción da Batería de Óxido de Mercúrio

Esta batería produciuse principalmente en formas de fondo, plana e cilíndrica. Na configuración de fondo, a cuberta superior da batería está feita de aleación de cobre na cara interior e de níquel ou acero inoxidable na cara exterior. A cuberta superior está aislada do contedor inferior por un grumete de nailon. O polvo de zinco amalgamado está disperso dentro da cuberta superior. A parte inferior do contedor está chea dunha mezcla de óxido de mercúrio e grafite. O grafite axuda aquí a aumentar a conductividade do óxido de mercúrio. O óxido de mercúrio é o material cátodo principal da batería. A parte superior da mezcla de cátodo está cuberta por unha barreira porosa empapada de electrólito de hidróxido de potasio ou sodio. Agora toda a cuberta superior xunto co grumete e o material ánodo está presionado cara o contedor inferior. Agora a parte superior da batería é o ánodo, e a parte inferior é o cátodo, e o separador poroso contén o electrólito entre eles. Todo o ensamblaxe está mantido fermemente xuntando a borda superior do contedor inferior. Na configuración plana, o polvo de zinco está amalgamado e prensado nunha pílula. A cuberta superior da batería está duplamente chapada con un grumete de polímero moldado integral. As placas exteriores e interiores superiores están feitas de acero chapado de níquel, pero a placa interior está chapada de estaño na superficie interior. O contedor principal da célula tamén está feito de dúas latas de acero chapado de níquel. E o tubo adaptador está colocado no espazo entre a lata interior e exterior. A parte inferior do contedor está chea da mezcla de cátodo, e na parte superior da mezcla de cátodo están colocados os absorbentes de electrólito. O ensamblaxe superior do grumete xunto coa pílula de ánodo está prensado na lata interior e selado apertando a lata exterior. Un orificio de ventilación está proporcionado na lata exterior para que o gas que poida xerarse durante a descarga poida escaparse facilmente entre as latas interior e exterior, calquera electrólito atrapado sendo absorbido polo tubo de papel adaptador.

Química da Batería de Óxido de Mercúrio

Dous tipos de electrólito alcalino úsanse na célula de zinco/óxido de mercúrio, un baseado en hidróxido de potasio e outro en hidróxido de sodio. O electrólito de hidróxido de sodio úsase xeralmente onde a operación a baixas temperaturas e a alta corrente de descarga non son esenciais. Este electrólito úsase xeralmente na célula de óxido de mercúrio-zinco, mentres que o electrólito baseado en hidróxido de potasio só úsase na célula de óxido de mercúrio-cadmio. O cadmio é insoluble na solución de hidróxido de potasio, e é por iso que a célula de óxido de mercúrio-cadmio é bastante adecuada para a operación a baixas temperaturas.

Reacción Anódica na Batería de Óxido de Mercúrio-Zinco

A reacción anódica pode escribirse como,

Esta reacción pode simplificarse como,

Reacción Anódica na Batería de Óxido de Mercúrio-Cadmio

A reacción anódica pode escribirse como,

Esta reacción non produce auga, polo que o electrólito usado nesta célula debe ter un alto porcentaxe de auga.

Reacción Cátodica na Batería de Óxido de Mercúrio

A reacción cátodica da batería pode escribirse como,

Voltagia Nominal da Batería de Óxido de Mercúrio

A voltagia aberta ou sen carga da batería de óxido de mercúrio-zinco é de 1.35 V. Esta voltagia é bastante estable a diferentes temperaturas durante un longo período de tempo. A voltagia sen carga da batería de óxido de mercúrio-zinco permanece dentro do 1% durante varios anos. Esta voltagia sen carga só pode variar na orde dos 2.5 mV se a temperatura de operación da batería varía de – 20oC a + 50oC. Esta batería ten unha característica de descarga plana, o que significa que a voltagia da batería permanece case a mesma durante un longo período de descarga con diferentes correntes. A voltagia aberta da batería de óxido de merc