แบตเตอรี่ออกไซด์ปรอท | โครงสร้างเคมี ข้อดี การใช้งาน
ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง มีความจำเป็นต้องมีระบบแบตเตอรี่ที่มีแรงดันไฟฟ้าคงที่ ความจุสูง และอายุการใช้งานยาวนานสำหรับการใช้งานภายใต้สภาพอากาศเขตร้อนอย่างรุนแรง เทคโนโลยีของแบตเตอรี่ออกไซด์เมอร์คิวรีและสังกะสีได้รู้จักมาแล้วกว่า 100 ปี แต่ได้ถูกนำมาใช้จริงครั้งแรกโดยซามูเอล รูเบน ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง เนื่องจากมีคุณสมบัติแรงดันไฟฟ้าที่คงที่และเสถียร ทำให้มีประโยชน์อย่างมากในการใช้งานในนาฬิกา กล้องถ่ายรูป และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กอื่น ๆ นอกจากนี้ยังถูกใช้ในบางรุ่นของเครื่องกระตุ้นหัวใจแรงดัน เนื่องจากมีคุณสมบัติแรงดันไฟฟ้าที่เสถียรอย่างมาก แบตเตอรี่ออกไซด์เมอร์คิวรีออกไซด์เมอร์คิวรี ได้ถูกใช้อย่างกว้างขวางเป็นแหล่งอ้างอิงแรงดันไฟฟ้าในเครื่องวัดไฟฟ้าเครื่องวัดไฟฟ้า นอกจากนี้แบตเตอรี่ยังถูกใช้ในระเบิดกระจายขนาดเล็ก เครื่องส่งสัญญาณวิทยุ และดาวเทียมรุ่นแรก ๆ
ในปัจจุบันแบตเตอรี่เหล่านี้กำลังหมดความนิยมเนื่องจากปัญหาทางสิ่งแวดล้อมที่เกี่ยวข้องกับปรอท มีแบตเตอรี่ออกไซด์เมอร์คิวรีหลักๆ สองประเภท คือ แบตเตอรี่สังกะสีออกไซด์เมอร์คิวรีและแบตเตอรี่แคดเมียมออกไซด์เมอร์คิวรี ปัญหาทางสิ่งแวดล้อมยังเกี่ยวข้องกับแคดเมียมเช่นกัน ตลาดของแบตเตอรี่ชนิดนี้ได้ถูกแทนที่ด้วยแบตเตอรี่ออกไซด์แมงกานีสอัลคาไลน์ แบตเตอรี่สังกะสี-อากาศ แบตเตอรี่ออกไซด์เงิน และแบตเตอรี่ลิเธียม
ข้อดีของแบตเตอรี่สังกะสีออกไซด์เมอร์คิวรี
มีความหนาแน่นพลังงานสูงมาก ประมาณ 450 Wh/L
มีอายุการเก็บรักษายาวนาน
คงเสถียรภายใต้ช่วงความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าที่กว้าง
มีประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าสูง
ทนทานและไม่ไวต่อแรงกระแทกและการสั่นสะเทือน
ให้แรงดันไฟฟ้าเปิดวงจรที่เสถียร 1.35 V ซึ่งเป็นข้อดีสำคัญของแบตเตอรี่สังกะสีออกไซด์เมอร์คิวรี
ให้แรงดันไฟฟ้าที่เสถียรตลอดช่วงการใช้งานที่มีการระบายน้ำยา
ข้อเสียของแบตเตอรี่สังกะสีออกไซด์เมอร์คิวรี
แบตเตอรี่เหล่านี้มีราคาแพงมาก ทำให้มีการใช้งานจำกัด
แม้ว่าอัตราส่วนพลังงานต่อปริมาตรของแบตเตอรี่จะสูง แต่อัตราส่วนพลังงานต่อน้ำหนักอยู่ในระดับปานกลาง
ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ไม่ดีนักที่อุณหภูมิต่ำ
เนื่องจากมีปรอท การกำจัดแบตเตอรี่สังกะสีออกไซด์เมอร์คิวรีที่ใช้แล้วสร้างปัญหา
ข้อดีของแบตเตอรี่แคดเมียมออกไซด์เมอร์คิวรี
มีอายุการเก็บรักษายาวนาน
มีเส้นโค้งการปล่อยประจุที่ราบเรียบตลอดช่วงกระแส
ต่างจากแบตเตอรี่สังกะสีออกไซด์เมอร์คิวรี สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพที่อุณหภูมิต่ำ
การผลิตแก๊สของแบตเตอรี่แคดเมียมออกไซด์เมอร์คิวรีน้อย
ข้อเสียของแบตเตอรี่แคดเมียมออกไซด์เมอร์คิวรี
มีราคาแพงกว่าแบตเตอรี่สังกะสีออกไซด์เมอร์คิวรีเนื่องจากมีแคดเมียม
แรงดันไฟฟ้าเปิดวงจรมาตรฐานของแบตเตอรี่นี้คือ 0.9 V ซึ่งต่ำกว่าแบตเตอรี่สังกะสีออกไซด์เมอร์คิวรีมาก
อัตราส่วนพลังงานต่อปริมาตรอยู่ในระดับปานกลาง และอัตราส่วนพลังงานต่อน้ำหนักต่ำ
การกำจัดแบตเตอรี่แคดเมียมออกไซด์เมอร์คิวรีก็สร้างปัญหาทางสิ่งแวดล้อมเนื่องจากมีทั้งแคดเมียมและปรอท
โครงสร้างของแบตเตอรี่ออกไซด์เมอร์คิวรี
แบตเตอรี่นี้ถูกผลิตขึ้นในรูปทรงฐาน แบน และทรงกระบอก ในรูปทรงฐานฝาบนของแบตเตอรี่ทำจากอัลลอยด์ทองแดงบนพื้นผิวภายในและนิกเกิลหรือสเตนเลสสตีลบนพื้นผิวภายนอก ฝาบนถูกแยกออกจากภาชนะฐานโดยไนลอนกรอมเม็ต ผงสังกะสีผสมปรอทถูกกระจายอยู่ภายในฝาบน ส่วนล่างของภาชนะถูกเติมด้วยส่วนผสมของออกไซด์เมอร์คิวรีและกราไฟต์ กราไฟต์ช่วยเพิ่มความนำไฟฟ้าของออกไซด์เมอร์คิวรี ออกไซด์เมอร์คิวรีเป็นวัสดุหลักของขั้วบวกของแบตเตอรี่ ด้านบนของส่วนผสมขั้วบวกถูกคลุมด้วยบาร์เรียร์ที่มีรูพรุนซึมซับด้วยโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ หรือโซเดียมไฮดรอกไซด์ จากนั้นทั้งฝาบน รวมถึงกรอมเม็ตและวัสดุขั้วลบทั้งหมดถูกกดลงในภาชนะฐาน ตอนนี้ส่วนบนของแบตเตอรี่คือขั้วลบ ส่วนล่างคือขั้วบวก และบาร์เรียร์ที่มีรูพรุนประกอบด้วยอิเล็กโทรไลต์ระหว่างขั้วลบและขั้วบวก ทั้งหมดถูกจับยึดอย่างแน่นหนาด้วยการยืดขอบบนของภาชนะฐาน สำหรับรูปทรงแบน ผงสังกะสีผสมปรอทถูกกดเป็นแผ่น ฝาบนของแบตเตอรี่ถูกเคลือบด้วยโพลิเมอร์แบบมีกรอมเม็ตแบบรวมตัว แผ่นบนและในของฝาบนทำจากนิกเกิลเคลือบเหล็ก แต่แผ่นภายในถูกเคลือบด้วยดีบุกบนพื้นผิวภายใน ภาชนะหลักของเซลล์ทำจากกระป๋องนิกเกิลเคลือบเหล็กสองใบ และท่ออะแดปเตอร์ถูกวางไว้ระหว่างกระป๋องในและนอก ส่วนล่างของภาชนะถูกเติมด้วยส่วนผสมขั้วบวก และด้านบนของส่วนผสมขั้วบวกมีสารดูดซับอิเล็กโทรไลต์ ฝาบนรวมกับแผ่นขั้วลบที่ถูกกดลงไปในกระป๋องภายในและถูกปิดสนิทด้วยการยืดขอบของกระป๋องภายนอก มีรูระบายอากาศในกระป๋องภายนอกเพื่อให้แก๊สที่อาจเกิดขึ้นระหว่างการปล่อยประจุสามารถหลุดออกไประหว่างกระป๋องในและนอก สารดูดซับใด ๆ ที่ถูกดูดซับโดยกระดาษท่ออะแดปเตอร์
เคมีของแบตเตอรี่ออกไซด์เมอร์คิวรี
มีอิเล็กโทรไลต์ด่างสองประเภทที่ใช้ในเซลล์สังกะสี/ออกไซด์เมอร์คิวรี หนึ่งคืออิเล็กโทรไลต์ที่มีโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ อีกประเภทคือโซเดียมไฮดรอกไซด์ โซเดียมไฮดรอกไซด์อิเล็กโทรไลต์มักใช้ในกรณีที่ไม่ต้องการการทำงานที่อุณหภูมิต่ำและความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าสูง อิเล็กโทรไลต์นี้มักใช้ในเซลล์สังกะสีออกไซด์เมอร์คิวรี ในขณะที่อิเล็กโทรไลต์ที่มีโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ใช้เฉพาะในเซลล์แคดเมียมออกไซด์เมอร์คิวรี แคดเมียมละลายไม่ได้ในสารละลายโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ ดังนั้นเซลล์แคดเมียมออกไซด์เมอร์คิวรีจึงเหมาะสมสำหรับการทำงานที่อุณหภูมิต่ำ
ปฏิกิริยาขั้วลบในแบตเตอรี่สังกะสีออกไซด์เมอร์คิวรี
ปฏิกิริยาขั้วลบสามารถเขียนเป็น,
ปฏิกิริยานี้สามารถลดรูปเป็น,
ปฏิกิริยาขั้วลบในแบตเตอรี่แคดเมียมออกไซด์เมอร์คิวรี
ปฏิกิริยาขั้วลบสามารถเขียนเป็น,
ปฏิกิริยานี้ไม่ได้สร้างน้ำ ดังนั้นอิเล็กโทรไลต์ที่ใช้ในเซลล์นี้ควรมีเปอร์เซ็นต์น้ำที่สูง
ปฏิกิริยาขั้วบวกใน
