Bateri Oksida Merkuri | Kimia Pembinaan Kelebihan Penggunaan

Semasa Perang Dunia II, menjadi penting untuk mempunyai voltan yang konstan, kapasiti yang tinggi, dan sistem bateri yang tahan lama untuk digunakan dalam keadaan tropika yang ekstrem. Teknologi bateri oksida merkuri seng telah dikenali selama lebih dari 100 tahun, tetapi ia pertama kali digunakan secara praktikal oleh Samuel Ruben semasa Perang Dunia II. Kerana ciri voltannya yang konstan dan stabil, ia sangat berguna untuk digunakan dalam jam tangan, kamera, dan peranti elektronik kecil lain. Ia juga digunakan dalam beberapa model awal pemacu jantung.
Kerana ciri voltan outputnya yang sangat stabil, bateri oksida merkuri banyak digunakan sebagai sumber rujukan voltan dalam alat pengukur elektrik pengukuran. Selain itu, bateri ini juga digunakan dalam ranjau satelit kecil, set radio, dan satelit awal.

Kini, bateri-bateri ini semakin usang kerana masalah alam sekitar yang berkaitan dengan merkuri. Terdapat dua jenis bateri oksida merkuri - satu bateri oksida merkuri seng dan dua bateri oksida merkuri kadmium. Masalah alam sekitar juga berkaitan dengan kadmium. Pasaran bateri ini telah diambil alih oleh bateri oksida mangan alkali, seng-udara, oksida perak, dan bateri litium.

Kelebihan Bateri Oksida Merkuri Seng

1. Ia mempunyai ketumpatan tenaga yang sangat tinggi. Ia adalah sekitar 450 Wh/L

2. Ia mempunyai hayat simpan yang sangat panjang.

3. Tetap stabil dalam pelbagai julat ketumpatan arus.

4. Ia sangat efisien elektrokimia.

5. Ia sangat kuat dan umumnya tidak sensitif terhadap benturan mekanikal dan getaran.

6. Ia memberikan voltan 1.35 V yang stabil tanpa beban, yang merupakan kelebihan penting bateri oksida merkuri seng.

7. Ia memberikan voltan yang stabil sepanjang masa operasi yang panjang dengan pelbagai julat arus yang dibuang.

Kelemahan Bateri Oksida Merkuri Seng

1. Bateri-bateri ini sangat mahal. Itulah sebabnya penggunaannya terbatas.

2. Walaupun nisbah tenaga kepada isipadu bateri ini tinggi, nisbah tenaga kepada beratnya hanya sederhana.

3. Prestasi bateri ini tidak sangat baik pada suhu rendah.

4. Kerana kehadiran merkuri, pembuangan bateri oksida merkuri seng yang telah digunakan mencipta masalah.

Kelebihan Bateri Oksida Merkuri Kadmium

1. Ia mempunyai hayat simpan yang lebih panjang.

2. Ia mempunyai kurva pengecasan yang lebih rata dalam julat yang panjang arus.

3. Berbeza dengan bateri oksida merkuri seng, ia beroperasi dengan efisien pada suhu rendah.

4. Label pelepasan gas bateri oksida merkuri kadmium adalah rendah.

Kelemahan Bateri Oksida Merkuri Kadmium

1. Ia lebih mahal daripada bateri oksida merkuri seng kerana kadmium.

2. Voltan sambungan terbuka standard bateri ini adalah 0.9 V, yang jauh lebih rendah daripada bateri oksida merkuri seng.

3. Nisbah tenaga kepada isipadunya sederhana, dan nisbah tenaga kepada beratnya rendah.

4. Pembuangan bateri oksida merkuri kadmium juga mencipta masalah alam sekitar kerana kehadiran kedua-dua kadmium dan merkuri.

Pembinaan Bateri Oksida Merkuri

Bateri ini kebanyakannya dihasilkan dalam bentuk bawah, rata, dan silinder. Dalam konfigurasi bawah, tutup atas bateri dibuat daripada aloi kuprum pada permukaan dalaman dan nikel atau keluli tahan karat pada permukaan luaran. Tutup atas dipisahkan dari bekas bawah oleh grommet nilon. Serbuk seng amalgam tersebar di dalam tutup atas. Bahagian bawah bekas diisi dengan campuran oksida merkuri dan grafit. Grafit membantu meningkatkan kekonduksian oksida merkuri. Oksida merkuri adalah bahan katod utama bateri. Puncak campuran katod ditutupi dengan penghalang poros yang direndam dalam elektrolit hidroksida kalium atau natrium. Kemudian, keseluruhan tutup atas bersama grommet dan bahan anod ditekan ke dalam bekas bawah. Sekarang bahagian atas bateri adalah anod, dan bahagian bawah adalah katod, dan pengasing poros mengandungi elektrolit di antara keduanya. Keseluruhan susunan dipertahankan rapat dengan melipat tepi atas bekas bawah. Dalam konfigurasi rata, serbuk seng diamalgam dan dicetak menjadi pil. Tutup atas bateri dilapis ganda dengan grommet polimer yang dicetak secara integral. Plat luaran dan dalaman tutup atas dibuat daripada keluli dilapis nikel, tetapi plat dalaman dilapis timah pada permukaan dalaman. Bekas utama sel juga dibuat daripada dua bekas keluli dilapis nikel. Dan tiub adaptif ditempatkan di ruang antara bekas dalaman dan luaran. Bahagian bawah bekas diisi dengan campuran katod, dan di atas campuran katod, penyerap elektrolit diletakkan. Susunan grommet atas bersama pil anod ditekan ke dalam bekas dalaman dan disegel dengan melipat bekas luaran. Lubang ventilasi disediakan di bekas luaran supaya gas yang mungkin dihasilkan semasa pencairan dapat mudah lolos antara bekas dalaman dan luaran, dan elektrolit yang tertangkap diserap oleh tiub adaptif kertas.

Kimia Bateri Oksida Merkuri

Dua jenis elektrolit alkali digunakan dalam sel seng/oksida merkuri, satu berdasarkan hidroksida kalium dan yang lain berdasarkan hidroksida natrium. Elektrolit hidroksida natrium biasanya digunakan di mana operasi suhu rendah dan aliran arus yang tinggi tidak penting. Elektrolit ini biasanya digunakan dalam sel oksida merkuri seng, manakala elektrolit berdasarkan hidroksida kalium hanya digunakan dalam sel oksida merkuri kadmium. Kadmium tidak larut dalam larutan hidroksida kalium, itulah sebabnya sel oksida merkuri kadmium sangat sesuai untuk operasi suhu rendah.

Tindak Balas Anod dalam Bateri Oksida Merkuri Seng

Tindak balas anod boleh ditulis sebagai,

Tindak balas ini boleh disederhanakan sebagai,

Tindak Balas Anod dalam Bateri Oksida Merkuri Kadmium

Tindak balas anod boleh ditulis sebagai,

Tindak balas ini tidak menghasilkan air, oleh itu; elektrolit yang digunakan dalam sel ini harus mempunyai peratusan air yang tinggi.

Tindak Balas Katod dalam Bateri Oksida Merkuri

Tindak balas katod bateri boleh ditulis sebagai,

Voltan Rujukan Bateri Oksida Merkuri

Voltan sambungan terbuka atau tanpa beban bateri oksida merkuri seng adalah 1.35 V. Voltan ini sangat stabil di bawah suhu yang berbeza selama tempoh yang lama. Voltan tanpa beban bateri oksida merkuri seng kekal dalam 1% selama beberapa tahun. Voltan tanpa beban ini mungkin hanya berubah dalam urutan 2.5 mV jika suhu operasi bateri berubah dari – 20oC hingga + 50oC. Bateri ini mempunyai ciri pencairan yang rata, bermaksud voltan bateri kekal hampir sama untuk tempoh pencairan yang panjang dengan arus yang berbeza. Voltan sambungan terbuka bateri oksida merkuri kadmium adalah 0.9 volt dan ia sangat stabil di bawah semua keadaan operasi dalam julat suhu dari – 55