Higany-oxid alapú elem | Kémiai szerkezet Előnyök Alkalmazások

A második világháború során alapvető fontosságúvá vált állandó feszültségű, nagy kapacitású, hosszú élettartamú akkumulátor rendszer kifejezetten szélsőséges tropszóni feltételek közötti használatra. A cink-ernyőoxid akkumulátor technológiája már több mint 100 évvel ezelőtt ismert volt, de Samuel Ruben használta először gyakorlatban a második világháború során. Állandó és stabil feszültség jellemző miatt különösen előnyös az órák, fényképezőgépek és egyéb kis elektronikus eszközökben való használat. Ezt használták néhány korai jellelésmodellben is.
Az ernyőoxid akkumulátor rendkívül stabil kimeneti feszültség jellemzője miatt széles körben alkalmazták elektromos mérőeszközök feszültség-referenciájaként. Ezen felül az akkumulátort kis szórt satellitállományokban, rádiókészülékekben és korai műholdakban is használták.

Ma ezek az akkumulátorok elavulttá váltak az ernyő velejáró környezeti problémái miatt. Főleg két típusú ernyőoxid akkumulátor létezik – egy cink-ernyőoxid akkumulátor és két kadmium-ernyőoxid akkumulátor. A kadmiumhoz is környezeti problémák társulnak. Az alkalinitású mangán-dioxid, cink-lég, ezüst-oxid és litium akkumulátorok elfoglalták ezen akkumulátorok piacát.

Cink-ernyőoxid akkumulátor előnyei

1. Nagyon magas energia-sűrűsége van. Ez kb. 450 Wh/L.

2. Rendkívül hosszú tárolási élettartama van.

3. Stabil marad széles tartományú áramszűrő sűrűség mellett.

4. Nagyon elektrokémiai hatékonysága van.

5. Nagyon robust, általában nem érzékeny a mechanikai hatásokra és rezgésekre.

6. Állandó 1,35 V nyílt-kör feszültséget ad, ami a cink-ernyőoxid akkumulátor egyik fontos előnye.

7. Hosszú időn keresztül stabil feszültséget ad különböző áramerősségű működési időszakon belül.

Cink-ernyőoxid akkumulátor hátrányai

1. Ezek az akkumulátorok nagyon drágák. Ezért korlátozott használatuk van.

2. Bár az akkumulátor energia-terület aránya magas, az energia-tömeg aránya közepes.

3. Az akkumulátor teljesítménye nem túl jó alacsony hőmérsékleten.

4. Az ernyő jelenléte miatt a használt cink-ernyőoxid akkumulátorok elhelyezése problémát jelent.

Kadmium-ernyőoxid akkumulátor előnyei

1. Hosszabb tárolási élettartama van.

2. Hosszú tartományú áram mellett laposabb lemeredési görbéje van.

3. Ellentétben a cink-ernyőoxid akkumulátorral, alacsony hőmérsékleten is hatékonyan működik.

4. A kadmium-ernyőoxid akkumulátor gáz kibocsátása alacsony.

Kadmium-ernyőoxid akkumulátor hátrányai

1. Drágább, mint a cink-ernyőoxid akkumulátor, mivel kadmiumot tartalmaz.

2. A standard nyílt-kör feszültsége 0,9 V, ami sokkal alacsonyabb, mint a cink-ernyőoxid akkumulátoré.

3. Az energia-terület aránya közepes, az energia-tömeg aránya pedig alacsony.

4. A kadmium-ernyőoxid akkumulátor elhelyezése is környezeti problémát jelent, mivel mind kadmium, mind ernyő jelenik benne.

Ervényoxid akkumulátor szerkezete

Ez az akkumulátor főleg alj, lapos és hengeres formában gyártották. Az aljas konfigurációban az akkumulátor fedőjét belül rézötvösszel, külsőleg nikkel vagy rostfém segítségével készítették. A fedőt a tartály aljától egy nylon csapágy segítségével izolálták. A megkevert réz porot bepakolták a fedőbe. A tartály alsó részét ervényoxid-grafit keverékkel töltötték. A grafit segít növelni az ervényoxid vezetőképességét. Az ervényoxid az akkumulátor fő anódanyagja. A katód keverék tetejét potasszium-hidroxid vagy nátrium-hidroxid oldat megszivárgatható bariérral borították. Most a teljes fedőt, a csapágyt és az anódanyagot lehúzták a tartály aljába. Így a batteriák felső része az anód, az alsó része a katód, és a porózus elválasztó tartalmazza az elektrolitust közöttük. A teljes szerkezetet szorosan összefogták a tartály alsó részének csuklójának behajtásával. Lapos konfigurációban a réz porot megkevertek és presseket csomagoltak. Az akkumulátor fedőjét kétszeres rézfém lappal, integrálva formált polimer csapágygal ellátották. A külső és belső felső laptáblát nikkel-rézfém lappal, de a belső laptáblát belsőleg tin-fém lappal látták el. A cella fő tartálya két nikkel-rézfém lappal készült hordozókból áll. Az adapter csövet a belső és külső hordozó között helyezték el. A tartály alsó részét a katód keverékkel töltötték, és a katód keverék tetejére elektrolit-abszorbenset helyeztek. A felső csapágy-egységet az anód palackkal együtt belepresselték a belső hordozóba, és a bezárást a külső hordozó csuklójának behajtásával végezték. A külső hordozóban egy ventilációs lyukat biztosítottak, hogy a kihasználható gáz könnyen kiléphet a belső és külső hordozó között, ahol a papír adapter-cső felveheti a belevadás elektrolitust.

Ervényoxid akkumulátor kémiai jellemzői

Két típusú savas elektrolitot használnak a cink-ervényoxid cellában, az egyik potasszium-hidroxidon, a másik nátrium-hidroxidon alapul. A nátrium-hidroxid elektrolitot általában használják, ahol alacsony hőmérsékletű működés és nagy áramigény nem szükséges. Ez az elektrolit általában a cink-ervényoxid cellában használatos, míg a potasszium-hidroxid alapú elektrolit csak a kadmium-ervényoxid cellában használatos. A kadmium oldódik a potasszium-hidroxid oldatban, ezért a kadmium-ervényoxid cella alacsony hőmérsékletű működésre is alkalmas.

Cink-ervényoxid akkumulátor anódreakciója

Az anódreakciót így írhatjuk le,

Ezt a reakciót egyszerűsíthetjük így,

Kadmium-ervényoxid akkumulátor anódreakciója

Az anódreakciót így írhatjuk le,

Ez a reakció nem termel víz, ezért a cellában használt elektrolitnek kellene magas víztartalommal rendelkeznie.

Ervényoxid akkumulátor katódreakciója

Az akkumulátor katódreakcióját így írhatjuk le,

Tipp