Batteria all'ossido di mercurio | Chimica Costruzione Vantaggi Utilizzi
Durante la Seconda Guerra Mondiale divenne essenziale avere un sistema di batterie a tensione costante, ad alta capacità e lunga durata per l'uso in condizioni tropicali estreme. La tecnologia delle batterie a ossido mercurico-zinco era nota da oltre 100 anni, ma fu Samuel Ruben a usarla praticamente per la prima volta durante la Seconda Guerra Mondiale. A causa delle sue caratteristiche di tensione costante e stabile, è particolarmente vantaggioso utilizzarlo in orologi, macchine fotografiche e altri piccoli dispositivi elettronici. È stato anche utilizzato in alcuni modelli precoci di pacemaker.
A causa della sua caratteristica di tensione di uscita estremamente stabile, la batteria a ossido mercurico è stata ampiamente utilizzata come sorgente di riferimento di tensione negli strumenti di misura elettrici strumento di misura elettrico. Inoltre, la batteria è stata utilizzata in piccole mine satellitari sparabili, radiotrasmettitori e primi satelliti.
Oggi queste batterie stanno diventando obsolete a causa dei problemi ambientali associati al mercurio. Esistono principalmente due tipi di batteria a ossido mercurico - una batteria a ossido mercurico-zinco e due batterie a ossido mercurico-cadmio. I problemi ambientali sono associati anche al cadmio. Il mercato di questa batteria è stato occupato dalle batterie al manganese alcalino, zinco-aria, ossido d'argento e litio.
Vantaggi della Batteria a Ossido Mercurico-Zinco
Ha una densità energetica molto elevata. È circa 450 Wh/L
Ha una vita di conservazione molto lunga.
Rimane stabile in un ampio intervallo di densità di corrente.
È altamente efficiente elettrochimicamente.
È molto robusta e generalmente non sensibile agli impatti meccanici e alle vibrazioni.
Fornisce una tensione di circuito aperto stabile di 1,35 V, che è un importante vantaggio della batteria a ossido mercurico-zinco.
Fornisce una tensione stabile per un lungo periodo di scarica a diversi valori di corrente.
Svantaggi della Batteria a Ossido Mercurico-Zinco
Queste batterie sono molto costose. Per questo motivo hanno un uso limitato.
Anche se il rapporto energia-volume della batteria è elevato, il rapporto energia-peso è moderato.
Le prestazioni di questa batteria non sono molto buone a basse temperature.
A causa della presenza di mercurio, lo smaltimento delle batterie a ossido mercurico-zinco usate crea un problema.
Vantaggi della Batteria a Ossido Mercurico-Cadmio
Ha una vita di conservazione più lunga.
Ha una curva di scarica più piatta su un ampio intervallo di corrente.
A differenza della batteria a ossido mercurico-zinco, funziona efficacemente a basse temperature.
Il tasso di evoluzione di gas della batteria a ossido mercurico-cadmio è basso.
Svantaggi della Batteria a Ossido Mercurico-Cadmio
È più costosa della batteria a ossido mercurico-zinco a causa del cadmio.
La tensione aperta standard di questa batteria è 0,9 V, che è molto inferiore a quella della batteria a ossido mercurico-zinco.
Il suo rapporto energia-volume è moderato, e il rapporto energia-peso è basso.
Lo smaltimento della batteria a ossido mercurico-cadmio crea anche problemi ambientali a causa della presenza sia di cadmio che di mercurio.
Costruzione della Batteria a Ossido Mercurico
Questa batteria veniva prodotta principalmente in forma a fondo piatto e cilindrica. Nella configurazione a fondo, il coperchio superiore della batteria è realizzato con lega di rame sulla faccia interna e nichel o acciaio inossidabile sulla faccia esterna. Il coperchio superiore è isolato dal contenitore inferiore tramite un anello di nylon. Polvere di zinco amalgamata è dispersa all'interno del coperchio superiore. La parte inferiore del contenitore è riempita con una miscela di ossido mercurico e grafite. La grafite aiuta qui ad aumentare la conducibilità dell'ossido mercurico. L'ossido mercurico è il principale materiale catodico della batteria. La parte superiore della miscela catodica è coperta con un separatore poroso imbevuto di elettrolita di idrossido di potassio o sodio. Ora l'intero coperchio superiore, insieme all'anello e al materiale anodico, viene premuto nel contenitore inferiore. Ora la parte superiore della batteria è l'anodo, e la parte inferiore è il catodo, e il separatore poroso contiene l'elettrolita tra di loro. L'intero assemblaggio è tenuto saldamente insieme mediante la piegatura del bordo superiore del contenitore inferiore. Nella configurazione a fondo piatto, la polvere di zinco è amalgamata e pressata in un pallet. Il coperchio superiore della batteria è rivestito doppiamente con un grommet integrato in polimero. Le placche esterne e interne superiori sono realizzate in acciaio rivestito di nichel, ma la placca interna è rivestita di stagno sulla superficie interna. Il contenitore principale della cella è realizzato con due lattine di acciaio rivestito di nichel. E il tubo adattatore è posizionato nello spazio tra le lattine interna ed esterna. La parte inferiore del contenitore è riempita con la miscela catodica, e sulla parte superiore della miscela catodica sono posizionati gli assorbenti elettrolitici. L'assemblaggio superiore del grommet, insieme al pallet anodico, viene premuto nella lattina interna e sigillato mediante la piegatura della lattina esterna. Un foro di ventilazione è fornito nella lattina esterna in modo che il gas che potrebbe essere generato durante lo scarico possa sfuggire facilmente tra le lattine interna ed esterna, con qualsiasi elettrolita trattenuto assorbito dal tubo di carta adattatore.
Chimica della Batteria a Ossido Mercurico
Due tipi di elettrolita alcalino vengono utilizzati nella cella a zinco/ossido mercurico, uno basato sull'idrossido di potassio e l'altro sull'idrossido di sodio. L'elettrolita di idrossido di sodio è generalmente utilizzato dove non sono essenziali operazioni a basse temperature e alte correnti. Questo elettrolita è generalmente utilizzato nella cella a ossido mercurico-zinco, mentre l'elettrolita basato sull'idrossido di potassio è utilizzato solo nella cella a ossido mercurico-cadmio. Il cadmio è insolubile nella soluzione di idrossido di potassio, e per questo motivo la cella a ossido mercurico-cadmio è molto adatta per operazioni a basse temperature.
Reazione Anodica nella Batteria a Ossido Mercurico-Zinco
La reazione anodica può essere scritta come,
Questa reazione può essere semplificata come,
Reazione Anodica nella Batteria a Ossido Mercurico-Cadmio
La reazione anodica può essere scritta come,
Questa reazione non produce acqua, pertanto; l'elettrolita utilizzato in questa cella dovrebbe avere una percentuale desiderata di acqua.
Reazione Catodica nella Batteria a Ossido Mercurico
La reazione catodica della batteria può essere scritta come,
Tensione Nominal della Batteria a Ossido Mercurico
La tensione a circuito aperto o senza carico della batteria a ossido mercurico-zinco è 1,35 V. Questa tensione è abbastanza stabile a diverse temperature per un lungo periodo di tempo. La tensione a circuito aperto della batteria a ossido mercurico-zinco rimane entro il 1% per diversi anni. Questa tensione a circuito aperto può variare solo nell'ordine di 2,5 mV se la temperatura di funzionamento della batteria varia da – 20oC a + 50oC. Questa batteria ha una caratteristica di scarica piatta, significa che la tensione della batteria rimane quasi la stessa per un prolungato periodo di scarica con diverse correnti. La tensione a circuito aperto della batteria a ossido mercurico-cadmio è 0,9 volt e rimane abbastanza stabile in tutte le condizioni operative entro un intervallo di
