Bateria de Óxido de Mercúrio | Construção Química Vantagens Aplicações

Durante a Segunda Guerra Mundial, tornou-se essencial ter um sistema de bateria de voltagem constante, alta capacidade e longa duração para uso em condições tropicais extremas. A tecnologia da bateria de óxido mercurioso de zinco era conhecida há mais de 100 anos, mas foi usada pela primeira vez de forma prática por Samuel Ruben durante a Segunda Guerra Mundial. Devido às suas características constantes e estáveis de bateria, é particularmente vantajoso usá-la em relógios, câmeras e outros pequenos dispositivos eletrônicos. Também foi usada em alguns modelos iniciais de marcapassos.
Devido à sua característica de voltagem de saída extremamente estável, a bateria de óxido mercurioso foi amplamente utilizada como fonte de referência de voltagem em instrumentos elétricos de medida. Além disso, a bateria também foi usada em minas satélites dispersáveis, conjuntos de rádio e satélites iniciais.

Nos dias atuais, essas baterias estão se tornando obsoletas devido aos problemas ambientais associados ao mercúrio. Existem principalmente dois tipos de bateria de óxido mercurioso – uma bateria de óxido mercurioso de zinco e outra bateria de óxido mercurioso de cádmio. Problemas ambientais também estão associados ao cádmio. O mercado dessas baterias foi ocupado por baterias de dióxido de manganês alcalinas, de zinco-ar, de óxido de prata e de lítio.

Vantagens da Bateria de Óxido Mercurioso de Zinco

1. Possui uma densidade de energia muito alta. É de aproximadamente 450 Wh/L

2. Tem uma vida útil de armazenamento muito longa.

3. Permanece estável em uma ampla faixa de densidade de corrente.

4. É altamente eficiente eletroquimicamente.

5. É muito robusta e geralmente não sensível a impactos mecânicos e vibrações.

6. Fornece uma tensão aberta de 1,35 V, que é uma importante vantagem da bateria de óxido mercurioso de zinco.

7. Fornece uma tensão estável ao longo de um amplo período de operação de drenagem de corrente.

Desvantagens da Bateria de Óxido Mercurioso de Zinco

1. Essas baterias são muito caras. É por isso que têm uso limitado.

2. Embora a relação de energia por volume da bateria seja alta, a relação de energia por peso é moderada.

3. O desempenho dessa bateria não é muito bom em temperaturas baixas.

4. Devido à presença de mercúrio, o descarte de baterias de óxido mercurioso de zinco usadas cria um problema.

Vantagens da Bateria de Óxido Mercurioso de Cádmio

1. Possui uma vida útil de armazenamento mais longa.

2. Possui uma curva de descarga mais plana em uma ampla faixa de corrente.

3. Diferentemente da bateria de óxido mercurioso de zinco, opera eficientemente em temperaturas baixas.

4. A evolução de gás da bateria de óxido mercurioso de cádmio é baixa.

Desvantagens da Bateria de Óxido Mercurioso de Cádmio

1. É mais cara que a bateria de óxido mercurioso de zinco devido ao cádmio.

2. A tensão aberta padrão dessa bateria é de 0,9 V, que é muito menor do que a da bateria de óxido mercurioso de zinco.

3. Sua relação de energia por volume é moderada, e a relação de energia por peso é baixa.

4. O descarte da bateria de óxido mercurioso de cádmio também cria problemas ambientais devido à presença de cádmio e mercúrio.

Construção da Bateria de Óxido Mercurioso

Esta bateria era principalmente fabricada em formas de fundo, plana e cilíndrica. Na configuração de fundo, a tampa superior da bateria é feita de liga de cobre na face interna e níquel ou aço inoxidável na face externa. A tampa superior é isolada do contêiner inferior por uma guarnição de nylon. Pó de zinco amalgamado é disperso dentro da tampa superior. A parte inferior do contêiner é preenchida com uma mistura de óxido mercurioso e grafite. O grafite ajuda a aumentar a condutividade do óxido mercurioso. O óxido mercurioso é o principal material cátodo da bateria. A parte superior da mistura cátodo é coberta com uma barreira porosa impregnada com eletrólito de hidróxido de potássio ou de sódio. Agora, toda a tampa superior, junto com a guarnição e o material ânodo, é pressionada para baixo no contêiner inferior. Agora, a parte superior da bateria é o ânodo, e a parte inferior é o cátodo, e o separador poroso contém o eletrólito entre eles. Todo o conjunto é firmemente mantido unido pelo estampamento da borda superior do contêiner inferior. Na configuração plana, o pó de zinco é amalgamado e prensado em um tablete. A tampa superior da bateria é duplamente revestida com uma guarnição de polímero moldada integralmente. As placas superior e inferior externas são feitas de aço revestido a níquel, mas a placa interna é revestida a estanho na superfície interna. O contêiner principal da célula também é feito de duas latas de aço revestido a níquel. E o tubo adaptador é colocado no espaço entre as latas interna e externa. A parte inferior do contêiner é preenchida com a mistura cátodo, e no topo da mistura cátodo, os absorventes do eletrólito são colocados. A montagem da guarnição superior, juntamente com o tablete ânodo, é pressionada para dentro da lata interna e selada pelo estampamento sobre a lata externa. Um orifício de ventilação é fornecido na lata externa para que o gás gerado durante a descarga possa escapar facilmente entre as latas interna e externa, qualquer eletrólito entrado sendo absorvido pelo tubo de papel adaptador.

Química da Bateria de Óxido Mercurioso

Dois tipos de eletrólitos alcalinos são usados na célula de zinco / óxido mercurioso, um baseado em hidróxido de potássio e outro em hidróxido de sódio. O eletrólito de hidróxido de sódio é geralmente usado onde a operação em temperatura baixa e a drenagem de corrente alta não são essenciais. Este eletrólito é geralmente usado na célula de óxido mercurioso de zinco, enquanto o eletrólito baseado em hidróxido de potássio é usado apenas na célula de óxido mercurioso de cádmio. O cádmio é insolúvel em solução de hidróxido de potássio, e é por isso que a célula de óxido mercurioso de cádmio é bastante adequada para operação em temperatura baixa.

Reação Ânodo na Bateria de Óxido Mercurioso de Zinco

A reação ânodo pode ser escrita como,

Esta reação pode ser simplificada como,

Reação Ânodo na Bateria de Óxido Mercurioso de Cádmio

A reação ânodo pode ser escrita como,

Esta reação não produz água, portanto; o eletrólito usado nesta célula deve ter um alto percentual de água.

Reação Cátodo na Bateria de Óxido Mercurioso

A reação cátodo da bateria pode ser escrita como,

Tensão Nominal da Bateria de Óxido Mercurioso

A tensão aberta ou sem carga da bateria de óxido mercurioso de zinco é de 1,35 V. Esta tensão é bastante estável sob diferentes temperaturas ao longo de um longo período de tempo. A tensão sem carga da bateria de óxido mercurioso de zinco permanece dentro de 1% por vários anos. Esta tensão sem carga pode variar apenas na ordem de 2,5 mV se a temperatura de operação da bateria variar de -20oC a +50