Kvicksilveroxidbatteri | Kemisk konstruktion fördelar användningsområden

Under andra världskriget blev det nödvändigt att ha en konstant spänning, hög kapacitet, lång livslängd batteri-system för användning under extrema tropiska förhållanden. Tekniken för zink-hydrargyrokssidbatterier hade varit känd i mer än 100 år, men det var först praktiskt använt av Samuel Ruben under andra världskriget. På grund av dess konstanta och stabila spännings-egenskaper, är det särskilt fördelaktigt att använda i klockor, kameror och andra små elektroniska enheter. Det användes också i vissa tidiga modeller av pacemaker.
På grund av dess extremt stabila utgångsspänningskaraktär, användes hydrargyrokssidbatteriet vidt spridd som referenskälla för spänning i elektriska mätinstrument. Förutom detta användes batteriet också i små sprejbart satellitminer, radiostationer och tidiga satelliter.

Numera blir dessa batterier föråldrade på grund av miljöproblem kopplade till kvicksilver. Det finns huvudsakligen två typer av hydrargyrokssidbatterier – ett zink-hydrargyrokssidbatteri och två kadmium-hydrargyrokssidbatterier. Miljöproblem är också kopplade till kadmium. Marknaden för dessa batterier har tagits över av alkaliska mangangdyoxids, zink-luft, silveroxids- och litiumbatterier.

Fördelar med zink-hydrargyrokssidbatteri

1. Det har mycket hög energitäthet. Den är omkring 450 Wh/L

2. Det har en mycket lång lagringslivslängd.

3. Förblir stabil vid ett brett spektrum av strömstäthet.

4. Det är mycket elektrokemiskt effektivt.

5. Det är mycket robust och generellt sett inte känsligt för mekanisk påverkan och vibration.

6. Det ger en stabil 1,35 V öppen spänning vilket är en viktig fördel med zink-hydrargyrokssidbatteri.

7. Det ger en stabil spänning under lång period av strömavdrag under driftperioden.

Nackdelar med zink-hydrargyrokssidbatteri

1. Dessa batterier är väldigt dyra. Därför har de begränsad användning.

2. Även om energi-volym-förhållandet hos batteriet är högt, så är energi-vikt-förhållandet måttligt.

3. Batteriets prestanda är inte särskilt bra vid låga temperaturer.

4. På grund av närvaron av kvicksilver, skapar avfallshantering av använda zink-hydrargyrokssidbatterier ett problem.

Fördelar med kadmium-hydrargyrokssidbatteri

1. Det har längre lagringslivslängd.

2. Det har en jämnare laddningskurva över ett brett spektrum av ström.

3. Till skillnad från zink-hydrargyrokssidbatteri, fungerar det effektivt vid låga temperaturer.

4. Gasutvecklingsetiketten för kadmium-hydrargyrokssidbatteri är låg.

Nackdelar med kadmium-hydrargyrokssidbatteri

1. Det är dyrare än zink-hydrargyrokssidbatteri på grund av kadmium.

2. Standard öppen spänning för detta batteri är 0,9 V vilket är betydligt lägre än för zink-hydrargyrokssidbatteri.

3. Energi-volym-förhållandet är måttligt, och energi-vikt-förhållandet är lågt.

4. Avfallshantering av kadmium-hydrargyrokssidbatteri skapar också miljöproblem på grund av närvaron av både kadmium och kvicksilver.

Konstruktion av hydrargyrokssidbatteri

Detta batteri tillverkades huvudsakligen i botten, platt och cylinderform. I bottenkonfigurationen är batteriets övre täcke gjort av kopparlegering på insidan och nickel eller rostfritt stål på utsidan. Övre täcket är isolerat från nedre behållaren av en nylonring. Amalgamerad zinkpulver är spritt inuti det övre täcket. Nedre delen av behållaren fylls med en blandning av hydrargyrokssid och grafitt. Grafitt hjälper här till att öka ledningsförmågan för hydrargyrokssid. Hydrargyrokssid är batteriets huvudsakliga katodmaterial. Toppen av katodblandningen täcks av kaliumhydroxid eller natriumhydroxid-elektrolyt som är upptaget i en porös barriär. Nu trycks hela det övre täcket tillsammans med ring och anodematerial ner i den nedre behållaren. Nu är den övre delen av batteriet anoden, och den nedre delen är katoden, och den porösa separeringen innehåller elektrolyten mellan dem. Hela monteringen hålls tätt samman genom att knippa över kanternas toppkant. I platt konfiguration är zinkpulver amalgamerat och pressat till en tablet. Batteriets övre täcke är dubbelpläterat med integralt formgjord polymerring. Yttre och inre övre plattor är gjorda av nikkelpläterat stål, men den inre plattan är tinpläterad på insidan. Behållaren består också av två nikkelpläterade stålkonservburkar. Och adapterröret placeras i utrymmet mellan den inre och yttre burken. Nedre delen av behållaren fylls med katodblandning, och ovanpå katodblandningen placeras elektrolytabsorberande material. Övre ringmonteringen tillsammans med anodepellet pressas in i den inre burken och sluten genom att knippa över den yttre burken. Ett ventileringshål tillhandahålls i den yttre burken så att gas som kan bildas under avlägsning lätt kan flytta sig mellan den inre och yttre burken, eventuell innesluten elektrolyt absorberas av pappersadapterröret.

Kemi av hydrargyrokssidbatteri

Två typer av alkalisk elektrolyt används i zink/hydrargyrokssidcellen, en baserad på kaliumhydroxid och den andra på natriumhydroxid. Natriumhydroxidelektrolyten används generellt där drift vid låga temperaturer och hög strömavdrag inte är nödvändigt. Denna elektrolyt används generellt i zink-hydrargyrokssidcell, medan kaliumhydroxidbaserad elektrolyt endast används i kadmium-hydrargyrokssidcell. Kadmium är olösligt i kaliumhydroxidlösning, och därför är kadmium-hydrargyrokssidcellen ganska lämplig för drift vid låga temperaturer.

Anodreaktion i zink-hydrargyrokssidbatteri

Anodreaktionen kan skrivas som,

Denna reaktion kan förenklas till,

Anodreaktion i kadmium-hydrargyrokssidbatteri

Anodreaktionen kan skrivas som,

Denna reaktion producerar ingen vatten, därför bör elektrolyten i denna cell ha önskad hög andel vatten.

Katodreaktion i hydrargyrokssidbatteri

Katodreaktionen i batteriet kan skrivas som,

Nominell spänning för hydrargyrokssidbatteri