Дзерджупинна ртутна батарея | Хімічна будова Переваги Застосування

Під час Другої світової війни стало важливим мати постійне напругу, великі місткість, довгий термін служби батарею для використання в екстремальних тропічних умовах. Технологія батарей з цинку та ртутного оксиду була відома більше ста років, але першою практичною реалізацією стало використання Семюелем Рубеном під час Другої світової війни. Завдяки своїм постійним і стабільним характеристикам напруги, вона особливо вигідна для використання в годинниках, фотоапаратах та інших малих електронних пристроях. Вона також використовувалася в деяких ранніх моделях кардіостимуляторів.
Завдяки своїй надзвичайно стабільній вихідній характеристиці напруги, батарея з ртутного оксиду широко використовувалася як джерело відліку напруги в електричних вимірювальних приладах. Окрім цього, батарея також використовувалася в маленьких розсіяних супутникових мінах, радіоприймачах та ранніх супутниках.

Наразі ці батареї стають застарілими через проблеми з навколишнім середовищем, пов'язані з ртутью. Існує два основних типи батарей з ртутного оксиду – одна з цинку та ртутного оксиду, друга з кадмію та ртутного оксиду. Проблеми з навколишнім середовищем також пов'язані з кадмієм. Ринок цих батарей зайняли щелочні батареї з марганцевого діоксиду, цинк-повітряні, срібний оксид та літієві батареї.

Переваги батареї з цинку та ртутного оксиду

1. Вона має дуже високу енергетичну густину. Це близько 450 Вт·год/л

2. Вона має дуже довгий термін зберігання.

3. Залишається стабільною при широкому діапазоні густини струму.

4. Вона дуже електрохімічно ефективна.

5. Вона дуже міцна і загалом не чутлива до механічних впливів та вібрацій.

6. Дає стабільне 1,35 В відкритої цепи, що є важливою перевагою батареї з цинку та ртутного оксиду.

7. Дає стабільну напругу на протязі довгого періоду виводу струму.

Недоліки батареї з цинку та ртутного оксиду

1. Ці батареї дуже дорогі. Тому їх використання обмежене.

2. Хоча співвідношення енергії до об'єму батареї високе, але співвідношення енергії до ваги середнє.

3. Ефективність цієї батареї невелика при низьких температурах.

4. Унаслідок наявності ртуть, утилізація використаних батарей з цинку та ртутного оксиду створює проблему.

Переваги батареї з кадмію та ртутного оксиду

1. Вона має довший термін зберігання.

2. Вона має більш рівномірну криву розряду при широкому діапазоні струму.

3. На відміну від батареї з цинку та ртутного оксиду, вона ефективно працює при низьких температурах.

4. Рівень виділення газу в батареї з кадмію та ртутного оксиду низький.

Недоліки батареї з кадмію та ртутного оксиду

1. Вона дорожча, ніж батарея з цинку та ртутного оксиду, через наявність кадмію.

2. Стандартна відкрита цепна напруга цієї батареї становить 0,9 В, що набагато нижче, ніж у батареї з цинку та ртутного оксиду.

3. Співвідношення енергії до об'єму середнє, а співвідношення енергії до ваги низьке.

4. Утилізація батареї з кадмію та ртутного оксиду також створює проблеми з навколишнім середовищем через наявність як кадмію, так і ртуть.

Конструкція батареї з ртутного оксиду

Ця батарея вироблялася в основному у формі дна, плоскої та циліндричної. У конфігурації дна верхня кришка батареї виготовлена з медного сплаву з внутрішньої сторони та з нержавіючої сталі з зовнішньої сторони. Верхня кришка ізольована від нижнього контейнера за допомогою нейлонового герметика. Амальгамований цинковий порошок розподілений всередині верхньої кришки. Нижня частина контейнера заповнена сумішшю ртутного оксиду та графіту. Графіт допомагає збільшити провідність ртутного оксиду. Ртутний оксид є основним катодним матеріалом батареї. Верх катодної суміші покритий електролітом, насиченим потасом калію або содою, в пористому бар'єрі. Тепер весь верхній блок разом з герметиком та анодним матеріалом стиснуто в нижній контейнер. Тепер верхня частина батареї є анодом, а нижня частина — катодом, а пористий розділювач містить електроліт між ними. Весь вузол стиснуто, згортаючи верхній край нижнього контейнера. У плоскій конфігурації цинковий порошок амальгамовано та пресовано в пелету. Верхня кришка батареї подвійно покрита з інтегрально формованого полімерного герметика. Зовнішні та внутрішні верхні плити виготовлені з никелеваної сталі, але внутрішня плита оловянвана з внутрішньої сторони. Основний контейнер клітини також виготовлений з двох каністр з никелеваної сталі. Адаптерний трубопровід розташований у просторі між внутрішньою та зовнішньою каністрами. Нижня частина контейнера заповнена катодною сумішшю, а на верху катодної суміші розташовані абсорбенти електроліту. Верхній блок герметика разом з анодною пелетою стиснуто в внутрішню каністру, а запечатування виконано згортанням зовнішньої каністри. В отворі для випуску газу, який може утворюватися під час розряду, легко може випаруватися між внутрішньою та зовнішньою каністрами, а будь-який втягнутий електроліт абсорбується паперовою адаптерною трубкою.

Хімія батареї з ртутного оксиду

Два типи щелочного електроліту використовуються в цинково-ртутній клітині, один на основі поташу, інший — на основі соди. Електроліт на основі соди зазвичай використовується там, де операції при низьких температурах та великі струми не є необхідними. Цей електроліт зазвичай використовується в цинково-ртутній оксидній клітині, тоді як електроліт на основі поташу використовується лише в кадмієво-ртутній оксидній клітині. Кадмій нерозчинний в розчині поташу, тому кадмієво-ртутна оксидна клітина досить підходить для операцій при низьких температурах.

Анодна реакція в батареї з цинку та ртутного оксиду

Анодна реакція може бути записана як,

Цю реакцію можна спростити як,

Анодна реакція в батареї з кадмію та ртутного оксиду

Анодна реакція може бути записана як,