Mercurijum oksidna baterija | Hemija Konstrukcija Prednosti Primene

Tijekom Drugog svjetskog rata postalo je nužno imati konstantni napon, visok kapacitet, dugotrajan baterijski sustav za upotrebu u ekstremnim tropičkim uvjetima. Tehnologija baterije s cinkom i merkurijevim oksidom poznata je već više od 100 godina, ali je prvi put praktično korištena od strane Samuela Rubena tijekom Drugog svjetskog rata. Zbog njegovih konstantnih i stabilnih naponskih karakteristika, posebno je prednost upotrebljavati je u satovima, fotoaparatima i drugim malim elektroničkim uređajima. Također se koristila u nekim ranim modelima pacemaker-a.
Zbog izuzetno stabilne karakteristike izlaznog napona, baterija s merkurijevim oksidom široko se koristila kao izvor referentnog napona u električnim mjerilima. Pored toga, baterija se koristila u malim raspodjeljenim satelitskim minama, radioprijemnicima i ranih satelita.

Danas te baterije postaju zastarjele zbog svojih ekoloških problema vezanih uz merkurij. Postoje uglavnom dva tipa baterije s merkurijevim oksidom – jedna cink-merkurijeva oksidna baterija i druga kadmij-merkurijeva oksidna baterija. Ekološki problemi su također povezani s kadjijem. Tržište ove baterije preuzele su alkaline mangan dioksida, cink-vazdušne, srebro-oksidne i litijumske baterije.

Prednosti cink-merkurijeve oksidne baterije

1. Ima vrlo visoku gustinu energije. To je oko 450 Wh/L

2. Ima vrlo dug vijek čuvanja.

3. Ostaje stabilan u širokom rasponu gustoće struje.

4. Izuzetno je elektrokemijski efikasan.

5. Vrlo je robustan i općenito neosjetljiv na mehanički udar i vibraciju.

6. Daje stabilni otvoreni napon od 1,35 V, što je važna prednost cink-merkurijevih baterija.

7. Daje stabilni napon tijekom dugo razdoblja operativnog perioda iscrpljivanja struje.

Nedostaci cink-merkurijevih oksidnih baterija

1. Ove baterije su vrlo skupice. Stoga imaju ograničenu upotrebu.

2. Iako je omjer energije i zapremine baterije visok, omjer energije i težine je umjeran.

3. Performanse ove baterije nisu vrlo dobre pri niskim temperaturama.

4. Zbog prisutnosti merkurija, otpad iskorištenih cink-merkurijevih oksidnih baterija stvara problem.

Prednosti kadmij-merkurijevih oksidnih baterija

1. Ima duži vijek čuvanja.

2. Ima ravnu krivulju iscrpljivanja na dugom rasponu struje.

3. Na razliku od cink-merkurijevih oksidnih baterija, efikasno funkcionira pri niskim temperaturama.

4. Nivo generisanja gasa u kadmij-merkurijevim oksidnim baterijama je nizak.

Nedostaci kadmij-merkurijevih oksidnih baterija

1. Skuplja je od cink-merkurijevih oksidnih baterija zbog kadjija.

2. Standardni otvoreni napon ove baterije je 0,9 V, što je znatno niže od cink-merkurijevih oksidnih baterija.

3. Omjer energije i zapremine je umjeran, a omjer energije i težine je nizak.

4. Otpad kadmij-merkurijevih oksidnih baterija također stvara ekološki problem zbog prisutnosti i kadjija i merkurija.

Konstrukcija baterije s merkurijevim oksidom

Ova baterija se uglavnom proizvodila u dnu, ravnoj i cilindričnoj formi. U konfiguraciji dna, gornji poklopac baterije izrađen je od legure bakra na unutrašnjem licu i nikla ili nerđajućeg čelika na spoljnom licu. Gornji poklopac je izolovan od donjeg spremnika nylonskim gumicom. Amalgamirana cinkova prah raspršena je unutar gornjeg poklopca. Donji deo spremnika ispuni se miješavinom merkurijevog oksida i grafitnog praha. Grafit pomaže ovde da poveća provodljivost merkurijevog oksida. Merkurijev oksid je glavni katodni materijal baterije. Vrh katodne miješavine pokriven je poroznim barierom namočenim kalijum hidroksidom ili natrijum hidroksidom. Sada ceo gornji poklopac zajedno sa grommetom i anodnim materijalom stisnut je u donji spremnik. Sada je gornji deo baterije anoda, a donji deo katoda, a porozni separator sadrži elektrolit između njih. Cela montaža čvrsto je držana crpinjem gornjeg ruba donjeg spremnika. U ravnoj konfiguraciji, cinkov prah je amalgamiran i stisnut u tabletu. Gornji poklopac baterije je dvostruko pokriven integriranim oblikovanim polimerom grommetom. Spoljni i unutarnji gornji platovi izrađeni su od niklirane čelikove ploče, ali je unutarnja ploča tinirana na unutrašnjoj površini. Glavni spremnik celija također je izrađen od dve niklirane čelikove boce. A adapter tube smješten je u prostor između unutarnje i spoljne boce. Donji deo spremnika ispuni se katodnom miješavinom, a na vrhu katodne miješavine postavljeni su absorbenti elektrolita. Gornja grommet montaža zajedno sa anodnom tabletom stisnuta je u unutarnju bočicu i zapečaćena crpinjem nad spoljnom bočicom. Otvor za ventilaciju osiguran je na spoljnoj bočici kako bi se lako mogao ispasti gas koji može nastati tijekom iscrpljivanja između unutarnje i spoljne bočice, a eventualno zahvaćen elektrolit apsorbiran je papirnatim adapterom.

Hemija baterije s merkurijevim oksidom

Dva tipa alkalnog elektrolita koriste se u cink-merkurijevom elementu, jedan temeljen na kalijum hidroksidu, a drugi na natrijum hidroksidu. Natrijum hidroksid elektrolit se općenito koristi gdje niske temperature i visoki protoci struje nisu nužni. Ovaj elektrolit se općenito koristi u cink-merkurijevim oksidnim celima, dok se elektrolit temeljen na kalijumu hidroksidu koristi samo u kadmij-merkurijevim oksidnim celima. Kadmij je nerastvoriv u rastvoru kalijum hidroksida, stoga je kadmij-merkurijeva oksidna cela prilično pogodna za rad pri niskim temperaturama.

Anodna reakcija u cink-merkurijevoj oksidnoj bateriji

Anodna reakcija može se napisati kao,

Ova reakcija se može pojednostaviti kao,

Anodna reakcija u kadmij-merkurijevoj oksidnoj bateriji

Anodna reakcija može se napisati kao,

Ova reakcija ne proizvodi vodu, stoga elektrolit koji se koristi u ovoj celiji treba imati željenu visoku procentualnu vrijednost vode.

Katodna reakcija u bateriji s merkurijevim oksidom

Katodna reakcija baterije može se napisati kao,

Podrška