수은산화물 배터리 | 화학 구조 장점 용도

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필드: 기본 전기학

China

제2차 세계대전 동안 일정한 전압, 고용량, 장수명의 배터리 시스템이 극단적인 열대 조건에서 사용하기 위해 필수적이 되었습니다. 아연-수은산화물 배터리 기술은 100년 이상 알려져 있었지만, 제2차 세계대전 동안 처음으로 사무엘 루벤에 의해 실용적으로 사용되었습니다. 이 배터리는 일정하고 안정적인 전압 특성을 가지고 있어 시계, 카메라, 기타 소형 전자기기에 사용하는 데 특히 유리합니다. 일부 초기 모델의 심장박동조율기도 이 배터리를 사용했습니다.
아연-수은산화물 배터리는 그 매우 안정적인 출력 전압 특성 때문에 전기 측정 기기에서 전압 참조 소스로 널리 사용되었습니다. 또한 이 배터리는 작은 분산형 위성 지뢰, 무선기, 그리고 초기 인공위성에서도 사용되었습니다.

현재 이러한 배터리는 수은과 관련된 환경 문제로 인해 점점 폐기되고 있습니다. 주로 두 가지 유형의 수은산화물 배터리가 있으며, 하나는 아연-수은산화물 배터리이고, 다른 하나는 카드뮴-수은산화물 배터리입니다. 카드뮴도 환경 문제와 관련이 있습니다. 이 배터리 시장은 알칼리성 망간산염, 아연-공기, 은산화물, 리튬 배터리로 대체되었습니다.
mercuric oxide battery

아연-수은산화물 배터리의 장점

매우 높은 에너지 밀도를 가지고 있습니다. 약 450 Wh/L 입니다.
매우 긴 저장 수명을 가지고 있습니다.
넓은 전류 밀도 범위에서 안정적입니다.
전기화학적으로 매우 효율적입니다.
매우 견고하며 일반적으로 기계적 충격이나 진동에 민감하지 않습니다.
1.35V의 안정적인 개방 회로 전압을 제공하며, 이것은 아연-수은산화물 배터리의 중요한 장점 중 하나입니다.
긴 전류 방전 운전 기간 동안 안정적인 전압을 제공합니다.

아연-수은산화물 배터리의 단점

이 배터리는 매우 비싸기 때문에 사용이 제한적입니다.
배터리의 부피당 에너지는 높지만, 무게당 에너지는 보통입니다.
이 배터리의 성능은 낮은 온도에서 좋지 않습니다.
수은이 포함되어 있기 때문에 사용된 아연-수은산화물 배터리의 폐기는 문제가 됩니다.

카드뮴-수은산화물 배터리의 장점

더 긴 저장 수명을 가집니다.
넓은 전류 범위에서 더 평평한 방전 곡선을 가집니다.
아연-수은산화물 배터리와 달리, 낮은 온도에서도 효과적으로 작동합니다.
카드뮴-수은산화물 배터리의 가스 발생 레벨은 낮습니다.

카드뮴-수은산화물 배터리의 단점

카드뮴 덕분에 아연-수은산화물 배터리보다 비쌉니다.
이 배터리의 표준 개방 회로 전압은 0.9V로, 아연-수은산화물 배터리보다 훨씬 낮습니다.
부피당 에너지는 보통이며, 무게당 에너지는 낮습니다.
카드뮴과 수은이 모두 포함되어 있기 때문에 카드뮴-수은산화물 배터리의 폐기도 환경 문제를 야기합니다.

수은산화물 배터리의 구조

이 배터리는 주로 바닥형, 평면형, 원통형으로 제조되었습니다. 바닥형 구조에서는 배터리 상부 커버는 내부 면은 구리 합금으로, 외부 면은 니켈 또는 스테인리스강으로 만들어졌습니다. 상부 커버는 나일론 거름으로 하부 용기에 대해 절연됩니다. 아연 합금 분말은 상부 커버 내부에 분산되어 있습니다. 용기 하부는 수은산화물과 그래파이트의 혼합물로 채워져 있습니다. 그래파이트는 수은산화물의 도전성을 증가시키는 역할을 합니다. 수은산화물은 배터리의 주요 음극 물질입니다. 음극 혼합물 상부는 포타슘 수산화물 또는 나트륨 수산화물 전해질이 함유된 다공성 장벽으로 덮여 있습니다. 이제 전체 상부 커버, 거름, 양극 물질이 하부 용기에 눌러집니다. 이제 배터리 상부는 양극이고, 하부는 음극이며, 다공성 분리막은 그들 사이에 전해질을 포함하고 있습니다. 전체 조립체는 하부 캔 또는 용기의 상부 가장자리를 접어서 단단히 고정됩니다. 평면형 구조에서는 아연 분말이 합금화되어 팔렛 형태로 압축됩니다. 배터리 상부 커버는 통합적으로 성형된 폴리머 거름으로 이중 도금되어 있습니다. 외부 및 내부 상부 플레이트는 니켈 도금 강철로 만들어졌지만, 내부 플레이트는 내부 표면에 주석 도금되어 있습니다. 셀의 주요 용기는 두 개의 니켈 도금 강철 캔으로 만들어졌으며, 적응관이 내부와 외부 캔 사이의 공간에 위치합니다. 용기 하부는 음극 혼합물로 채워져 있으며, 음극 혼합물 상부에는 전해질 흡수재가 배치됩니다. 상부 거름 조립체와 함께 양극 팔렛이 내부 캔에 눌러지고, 외부 캔을 접어서 밀봉됩니다. 외부 캔에 배기구가 제공되어 방전 중에 생성되는 가스가 쉽게 내부와 외부 캔 사이에서 배출되며, 어떤 경우에는 전해질이 종이 적응관에 흡수됩니다.

수은산화물 배터리의 화학성

아연/수은셀에서 두 가지 종류의 알칼리 전해질이 사용됩니다. 하나는 포타슘 수산화물을 기반으로 하고, 다른 하나는 나트륨 수산화물을 기반으로 합니다. 나트륨 수산화물 전해질은 저온 작동과 고전류 방전이 필수적이지 않은 경우 주로 사용됩니다. 이 전해질은 주로 아연-수은산화물 셀에서 사용되며, 포타슘 수산화물 기반 전해질은 카드뮴-수은산화물 셀에서만 사용됩니다. 카드뮴은 포타슘 수산화물 용액에서 녹지 않으므로, 카드뮴-수은산화물 셀은 저온 작동에 매우 적합합니다.