Baterai Oksida Merkuri | Konstruksi Kimia Keuntungan Penggunaan
Selama Perang Dunia II, menjadi penting untuk memiliki sistem baterai dengan tegangan konstan, kapasitas tinggi, dan umur panjang yang dapat digunakan dalam kondisi tropis ekstrem. Teknologi baterai oksida merkuri seng telah dikenal selama lebih dari 100 tahun, tetapi pertama kali digunakan secara praktis oleh Samuel Ruben selama Perang Dunia II. Karena karakteristik tegangan konstan dan stabilnya, sangat menguntungkan untuk digunakan dalam jam tangan, kamera, dan perangkat elektronik kecil lainnya. Baterai ini juga digunakan dalam beberapa model awal pembangkit jantung.
Karena karakteristik tegangan output yang sangat stabil, baterai oksida merkuri secara luas digunakan sebagai sumber referensi tegangan dalam alat ukur listrik pengukuran listrik. Selain itu, baterai ini juga digunakan dalam ranjau satelit kecil yang tersebar, set radio, dan satelit awal.
Saat ini, baterai ini menjadi usang karena masalah lingkungan yang terkait dengan merkuri. Ada dua jenis utama baterai oksida merkuri - satu adalah baterai oksida merkuri seng dan dua adalah baterai oksida merkuri kadmium. Masalah lingkungan juga terkait dengan kadmium. Pasar baterai ini telah diduduki oleh baterai mangan dioksida alkaline, seng-udara, oksida perak, dan lithium.
Keuntungan Baterai Oksida Merkuri Seng
Memiliki kepadatan energi yang sangat tinggi. Sekitar 450 Wh/L
Memiliki umur simpan yang sangat lama.
Tetap stabil dalam berbagai rentang densitas arus.
Sangat efisien secara elektrokimia.
Sangat kuat dan umumnya tidak sensitif terhadap benturan mekanis dan getaran.
Memberikan tegangan buka-sirkuit 1.35 V yang stabil, yang merupakan keuntungan penting dari baterai oksida merkuri seng.
Memberikan tegangan yang stabil sepanjang rentang periode operasi drainase arus yang panjang.
Kelemahan Baterai Oksida Merkuri Seng
Baterai ini sangat mahal. Oleh karena itu, penggunaannya terbatas.
Meskipun rasio energi terhadap volume baterai tinggi, namun rasio energi terhadap berat sedang.
Kinerja baterai ini tidak sangat baik pada suhu rendah.
Karena adanya merkuri, pembuangan baterai oksida merkuri seng bekas menciptakan masalah.
Keuntungan Baterai Oksida Merkuri Kadmium
Memiliki umur simpan yang lebih lama.
Memiliki kurva discharge yang lebih datar dalam rentang yang panjang dari arus.
Berbeda dengan baterai oksida merkuri seng, baterai ini beroperasi efisien pada suhu rendah.
Label evolusi gas baterai oksida merkuri kadmium rendah.
Kelemahan Baterai Oksida Merkuri Kadmium
Lebih mahal daripada baterai oksida merkuri seng karena adanya kadmium.
Tegangan buka-sirkuit standar baterai ini adalah 0.9 V yang jauh lebih rendah dibandingkan baterai oksida merkuri seng.
Rasio energi terhadap volumenya sedang, dan rasio energi terhadap beratnya rendah.
Pembuangan baterai oksida merkuri kadmium juga menciptakan masalah lingkungan karena adanya kadmium dan merkuri.
Konstruksi Baterai Oksida Merkuri
Baterai ini terutama diproduksi dalam bentuk dasar, datar, dan silindris. Dalam konfigurasi dasar, tutup atas baterai terbuat dari paduan tembaga pada permukaan dalam dan nikel atau baja tahan karat pada permukaan luar. Tutup atas dipisahkan dari wadah dasar oleh grommet nilon. Serbuk seng amalgam disebarkan di dalam tutup atas. Bagian bawah wadah diisi dengan campuran oksida merkuri dan grafit. Grafit membantu meningkatkan konduktivitas oksida merkuri. Oksida merkuri adalah material katoda utama baterai. Puncak campuran katoda ditutupi dengan pelapis poros yang terserap oleh elektrolit hidroksida kalium atau natrium. Seluruh tutup atas bersama dengan grommet dan material anoda ditekan ke dalam wadah dasar. Sekarang bagian atas baterai adalah anoda, dan bagian bawah adalah katoda, dengan pemisah poros yang mengandung elektrolit di antara keduanya. Seluruh rangkaian dipertahankan erat dengan melipat tepi atas wadah dasar. Dalam konfigurasi datar, serbuk seng diamalgamasi dan ditekan menjadi pellet. Tutup atas baterai dilapisi ganda dengan grommet polimer yang dicetak integral. Pelat atas luar dan dalam terbuat dari baja berlapis nikel, tetapi pelat dalam dilapisi timah pada permukaan dalam. Wadah utama sel juga terbuat dari dua kaleng baja berlapis nikel. Dan tabung adaptor ditempatkan di ruang antara kaleng dalam dan luar. Bagian bawah wadah diisi dengan campuran katoda, dan di atas campuran katoda, penyerap elektrolit ditempatkan. Rangkaian grommet atas bersama dengan pallet anoda ditekan ke dalam kaleng dalam dan segel dilakukan dengan melipat kaleng luar. Lubang ventilasi disediakan di kaleng luar sehingga gas yang mungkin dihasilkan selama discharge dapat mudah keluar antara kaleng dalam dan luar, dengan elektrolit yang terperangkap diserap oleh tabung adaptor kertas.
Kimia Baterai Oksida Merkuri
Dua jenis elektrolit alkali digunakan dalam sel seng / merkuri, satu berbasis hidroksida kalium dan yang lainnya berbasis hidroksida natrium. Elektrolit hidroksida natrium umumnya digunakan di mana operasi suhu rendah dan drainase arus tinggi tidak esensial. Elektrolit ini umumnya digunakan dalam sel oksida merkuri seng, sementara elektrolit berbasis hidroksida kalium hanya digunakan dalam sel oksida merkuri kadmium. Kadmium tidak larut dalam larutan hidroksida kalium, itulah sebabnya sel oksida merkuri kadmium sangat cocok untuk operasi suhu rendah.
Reaksi Anoda dalam Baterai Oksida Merkuri Seng
Reaksi anoda dapat ditulis sebagai,
Reaksi ini dapat disederhanakan menjadi,
Reaksi Anoda dalam Baterai Oksida Merkuri Kadmium
Reaksi anoda dapat ditulis sebagai,
Reaksi ini tidak menghasilkan air, oleh karena itu; elektrolit yang digunakan dalam sel ini harus memiliki persentase air yang cukup tinggi.
Reaksi Katoda dalam Baterai Oksida Merkuri
Reaksi katoda baterai dapat ditulis sebagai,
Tegangan Nominal Baterai Oksida Merkuri
Tegangan buka-sirkuit atau beban kosong baterai oksida merkuri seng adalah 1.35 V. Tegangan ini cukup stabil di bawah berbagai suhu selama periode waktu yang lama. Tegangan beban kosong baterai oksida merkuri seng tetap dalam 1% selama beberapa tahun. Tegangan beban kosong ini mungkin hanya bervariasi sebesar 2.5 mV jika suhu operasi baterai bervariasi dari – 20oC hingga + 50oC. Baterai ini memiliki karakteristik discharge yang datar, artinya tegangan baterai tetap hampir sama selama periode discharge yang panjang dengan arus yang berbeda. Tegangan buka-sirkuit baterai oksida merkuri kadmium adalah 0.9 volt dan cukup stabil di bawah semua kondisi operasi dalam
