Kvikksølvoksidbatteri | Kjemisk sammensetning Konstruksjon Fordeler Bruk
Under andre verdenskrig ble det essensielt å ha en konstant spenning, høy kapasitet og lang levetid batteri system for bruk under ekstreme tropiske forhold. Teknologien for sink-merkuroksidebatterier hadde vært kjent i over 100 år, men det ble først praktisk brukt av Samuel Ruben under andre verdenskrig. På grunn av dets konstante og stabile spenning karakteristikk, er det spesielt fordelaktig å bruke det i ure, kameraer og andre små elektroniske enheter. Det ble også brukt i noen tidlige modeller av pacemakere.
På grunn av dets ekstremt stabile utgangsspenningsegenskaper, ble merkuroksidesbatteriet vidt anvendt som en spenningsreferanse i elektriske måleinstrumenter. I tillegg til dette, ble batteriet også brukt i små sprenglignende satellittminer, radiostasjoner og tidlige satellitter.
Nå for tiden blir disse batteriene utdatert på grunn av miljøproblemer forbundet med kviksølv. Det er hovedsakelig to typer merkuroksidesbatterier – en sink-merkuroksidesbatteri og to kadmium-merkuroksidesbatteri. Miljøproblemer er også forbundet med kadmium. Markedet for dette batteriet har blitt overtatt av alkalisk mangan(IV)oksid, sink-luft, sølvoksid og litiumbatterier.
Fordeler ved Sink-Merkuroksidesbatteri
Det har en veldig høy energitette. Den er omtrent 450 Wh/L
Det har en veldig lang lagringslevetid.
Forblir stabil over et bredt strømrom.
Det er veldig elektrokjemisk effektivt.
Det er veldig robust og generelt ikke følsomt for mekanisk påvirkning og vibrasjon.
Det gir en stabil 1,35 V av åpenkretsspennning, som er en viktig fordel ved sink-merkuroksidesbatteri.
Det gir stabil spenning over et langt strømdraoperasjonsperiode.
Nevndeligheter ved Sink-Merkuroksidesbatteri
Disse batteriene er veldig dyre. Derfor har de begrenset bruk.
Selv om energi til volumforholdet for batteriet er høyt, er energi til vektforholdet moderat.
Ytelsen til dette batteriet er ikke veldig god ved lav temperatur.
På grunn av tilstedeværelsen av kviksølv, skaper avviklingen av brukt sink-merkuroksidesbatteri et problem.
Fordeler ved Kadmium-Merkuroksidesbatteri
Det har lengre lagringslevetid.
Det har en flatter utslippkurve over et stort strømrom.
Til forskjell fra sink-merkuroksidesbatteri, opererer det effektivt ved lav temperatur.
Gassutviklingsetiketten for kadmium-merkuroksidesbatteri er lav.
Nevndeligheter ved Kadmium-Merkuroksidesbatteri
Det er dyrere enn sink-merkuroksidesbatteri på grunn av kadmium.
Standard åpenkretsspenningen for dette batteriet er 0,9 V, som er mye lavere enn for sink-merkuroksidesbatteri.
Dets energi til volumforhold er moderat, og energi til vektforholdet er lavt.
Avviklingen av kadmium-merkuroksidesbatteri skaper også miljøproblemer på grunn av tilstedeværelsen av både kadmium og kviksølv.
Konstruksjon av Merkuroksidesbatteri
Dette batteriet ble hovedsakelig produsert i bunnpunkt, flat og sylindrisk form. I bunnpunktkonfigurasjonen er toppdekslet av batteriet laget av kobberlegering på indre side og nikkel eller rustfritt stål på ytre side. Toppdekslet er isolert fra bunnen av beholderen av en nylon ring. Amalgamert sink pulver er spredt inni toppdekslet. Nedre delen av beholderen er fylt med en blanding av merkuroksid og grafitt. Grafitt hjelper her med å øke ledningskapasiteten til merkuroksiden. Merkuroksiden er hovedkathodemateriale i batteriet. Toppen av kathodeblandingen er dekket med kaliumhydroksid eller natriumhydroksid elektrolytbeholdende porøs barriere. Nå trykkes hele toppdekslet sammen med ring og anodemateriale ned i bunnen av beholderen. Nå er den øvre delen av batteriet anoden, mens den nedre delen er kathoden, og den porøse separatoren inneholder elektrolyten mellom dem. Hele monteringen holdes tett sammen ved å kneppe over kanten av bunnen beholder. I flatkonfigurasjonen er sinkpulveret amalgamert og presset inn i en tablett. Toppdekslet av batteriet er dobbeltbelagt med integrert formet polymer ring. Ytre og indre toppplater er laget av nikkelbelagt stål, men den indre platen er tinbelagt på innsiden. Hovedbeholderen til cellen er også laget av to nikkelbelagte stålbehaldere. Og adapterrøret er plassert i rommet mellom indre og ytre beholder. Nedre delen av beholderen er fylt med kathodeblanding, og på toppen av kathodeblanding elektrolyt absorbenter er plassert. Topp ringmonteringen sammen med anodetabletten trykkes inn i indre beholder og segler gjennom kneppe over ytre beholder. En ventilhule er plassert i ytre beholder slik at gassen som kan dannes under utlading, lett kan unngå mellom indre og ytre beholdere, eventuell elektrolyt som er trukket inn, blir absorbert av papiradapterrøret.
Kjemi av Merkuroksidesbatteri
To typer alkalisk elektrolyt brukes i sink/merkurcelle, én basert på kaliumhydroksid og den andre på natriumhydroksid. Natriumhydroksidelektrolyten brukes generelt der lavtemperaturdrift og høy strømavledning ikke er nødvendig. Denne elektrolyten brukes generelt i sink-merkuroksideselle, mens kaliumhydroksidbasert elektrolyt bare brukes i kadmium-merkuroksideselle. Kadmium er uløselig i kaliumhydroksidløsning, og derfor er kadmium-merkuroksidesellen ganske egnet for drift ved lav temperatur.
Anoderreaksjon i Sink-Merkuroksidesbatteri
Anoderreaksjonen kan skrives som,
Denne reaksjonen kan forenkles til,
Anoderreaksjon i Kadmium-Merkuroksidesbatteri
Anoderreaksjonen kan skrives som,
Denne reaksjonen produserer ikke noen vann, derfor bør elektrolyten brukt i denne cellen ha ønsket høy prosentandel vann.
Kathoderreaksjon i Merkuroksidesbatteri
Kathoderreaksjonen i batteriet kan skrives som,
Nominell spenning av Merkuroksidesbatteri
Åpenkretsspenningen eller ubelasted spenning for sink-merkuroksidesbatteri er 1,35 V. Denne spenningen er ganske stabil under ulike temperaturer over en lang periode. Ubelasted spenningen for sink-merkuroksidesbatteri forblir innen 1% i flere år. Denne ubelasted spenningen kan kun variere i størrelsesorden 2,5 mV hvis driftstemperaturen for batteriet varierer fra -20oC til +50oC. Dette batteriet har en flat utslippkar
