Baterija s živcem oksida rtuti | Kemjska konstrukcija prednosti uporabe

Tijekom Drugog svjetskog rata postalo je nužno imati sustav baterija s konstantnim napajanjem, velikom kapacitetom i dugim vremenom trajanja za uporabu u ekstremnim tropičkim uvjetima. Tehnologija baterija od cinka i oksida rtuti poznata je više od 100 godina, ali ju je prvi put praktički upotrijebio Samuel Ruben tijekom Drugog svjetskog rata. Zbog njezine konstantne i stabilne naponske karakteristike, posebno je prednost upotrebljavati je u satovima, fotoaparatima i drugim malim elektroničkim uređajima. Također se koristila u nekim ranim modelima pacemakerova.
Zbog izuzetno stabilne izlazne naponske karakteristike, baterija od oksida rtuti široko se koristila kao izvor referentnog napon u elektro- mjernim instrumentima. Osim toga, baterija se koristila u malim raspršivim satelitskim minama, radijskim aparatima i ranim satelitima.

Danas te baterije postaju zastarjeli proizvod zbog svojih ekoloških problema povezanih s rtutju. Postoje uglavnom dvije vrste baterija od oksida rtuti – jedna od cinka i oksida rtuti, a druga od kadmija i oksida rtuti. Ekološki problemi su također povezani s kadmijem. Tržište ove baterije zauzele su alkalne baterije od mangane dioksida, cinka i zraka, srebra oksida i litija.

Prednosti baterije od cinka i oksida rtuti

1. Ima vrlo visoku gustoću energije. To je otprilike 450 Wh/L

2. Ima vrlo dug životni vijek pri skladisti.

3. Ostaje stabilan na širokom rasponu gustoće struja.

4. Vrlo je elektrokemijski učinkovit.

5. Vrlo je otporan i općenito neosjetljiv na mehaničke udarce i vibracije.

6. Daje stabilni otvoreni napon od 1,35 V, što je važna prednost baterije od cinka i oksida rtuti.

7. Daje stabilni napon tijekom dugo vremena iscrpljivanja struje.

Nedostaci baterije od cinka i oksida rtuti

1. Te baterije su vrlo skupi. Stoga imaju ograničenu upotrebu.

2. Iako je omjer energije i volumena baterije visok, omjer energije i mase je umjeran.

3. Prestaža ove baterije nije vrlo dobra na niskim temperaturama.

4. Zbog prisutnosti rtuti, otklanjanje iskorištenih baterija od cinka i oksida rtuti stvara problem.

Prednosti baterije od kadmija i oksida rtuti

1. Ima duži životni vijek pri skladisti.

2. Ima ravnu krivulju razrjeđivanja na širokom rasponu struje.

3. Na suprotku bateriji od cinka i oksida rtuti, efikasno funkcionira na niskim temperaturama.

4. Evolucija plinova kod baterije od kadmija i oksida rtuti je niska.

Nedostaci baterije od kadmija i oksida rtuti

1. Je skuplja od baterije od cinka i oksida rtuti zbog kadmija.

2. Standardni otvoreni napon ove baterije iznosi 0,9 V, što je mnogo niže od baterije od cinka i oksida rtuti.

3. Omjer energije i volumena je umjeran, a omjer energije i mase je nizak.

4. Otklanjanje baterije od kadmija i oksida rtuti također stvara ekološki problem zbog prisutnosti kadmija i rtuti.

Konstrukcija baterije od oksida rtuti

Ova baterija uglavnom se proizvodila u donjem, ravnom i valjkastom obliku. U donjoj konfiguraciji, gornji poklopac baterije izrađen je od bakrovog legirana na unutrašnjoj strani i nikla ili nerđajućeg čelika na vanjskoj strani. Gornji poklopac je izoliran od donjeg spremnika nylonskim grommetom. Amalgamirani cinkov prah raspoređen je unutar gornjeg poklopca. Donji dio spremnika ispuni se mješavinom oksida rtuti i grafit. Grafit pomaže u povećanju provodnosti oksida rtuti. Oksid rtuti je glavni materijal katode baterije. Vrh mješavine katode pokriven je poroznim pregradnim slojem nasitnutim elektrolitom hidroksidom kalijeva ili natrijeva. Sada se cijeli gornji poklopac zajedno s grommetom i anodnim materijalom pritisne u donji spremnik. Sada je gornji dio baterije anoda, a donji dio katoda, a porozni separator sadrži elektrolit između njih. Cijela montaža čvrsto se drži zajedno crpinjem gornjeg ruba donjeg spremnika. U ravnoj konfiguraciji, cinkov prah se amalgamira i presa u pelet. Gornji poklopac baterije ima dvostruko poklopljenje sa integriranim polimer grommetom. Vanjska i unutarnja gornja ploča izrađene su od čelika poklopljenog niklom, ali je unutarnja ploča poklopljena s tinom na unutrašnjoj strani. Glavni spremnik celije također je izrađen od dva spremnika od čelika poklopljenog niklom. A adaptorski cev se stavlja u prostor između unutarnjeg i vanjskog spremnika. Donji dio spremnika ispuni se mješavinom katode, a na vrhu mješavine katode postavlja se absorbent elektrolita. Gornja grommet montaža zajedno s anodnim peletom pritisnuta je u unutarnji spremnik i zapršena crpinjem nad vanjskim spremnikom. Ventilacija se osigurava otvorom u vanjskom spremniku kako bi se lako mogao osloboditi plin koji se može generirati tijekom iscrpljivanja između unutarnjeg i vanjskog spremnika, a eventualni elektrolit apsorbira se papirnatim adaptorskim cevom.

Kimija baterije od oksida rtuti

U cink / merkuriju se koriste dvije vrste alkalnih elektrolita, jedna temeljena na hidroksidu kalijevom, a druga na hidroksidu natrijevom. Hidroksid natrijevog elektrolita općenito se koristi gdje nisu bitne operacije na niskim temperaturama i visokim protocima struje. Taj elektrolit općenito se koristi u cinkovoj bateriji od oksida rtuti, dok se bazirani hidroksid kalijevog elektrolita koristi samo u bateriji od kadmija i oksida rtuti. Kadmij je neroztopljiv u rastvoru hidroksida kalijeva, stoga je baterija od kadmija i oksida rtuti prilično pogodna za rad na niskim temperaturama.

Anodna reakcija u bateriji od cinka i oksida rtuti

Anodna reakcija može se napisati kao,

Ovu reakciju može se pojednostaviti kao,

Anodna reakcija u bateriji od kadmija i oksida rtuti

Anodna reakcija može se napisati kao,

Ova reakcija ne proizvodi vodu, stoga elektrolit u ovoj celiji treba imati željenu visoku postotnu količinu vode.

Katodna reakcija u bateriji od oksida rtuti

Katodna reakcija baterije može se napisati kao,

Nominirani napon baterije od oksida rtuti