Pin Mercuric Oxide | Cấu tạo Hóa học Ưu điểm Ứng dụng

Trong Thế chiến II, việc có một hệ thống pin điện áp ổn định, dung lượng cao và tuổi thọ dài để sử dụng trong điều kiện nhiệt đới khắc nghiệt trở nên rất cần thiết. Công nghệ pin oxit thủy ngân kẽm đã được biết đến hơn 100 năm, nhưng nó mới được sử dụng thực tế lần đầu tiên bởi Samuel Ruben trong Thế chiến II. Nhờ đặc tính điện áp ổn định và liên tục, nó đặc biệt có lợi khi sử dụng trong đồng hồ, máy ảnh và các thiết bị điện tử nhỏ khác. Nó cũng được sử dụng trong một số mẫu máy tạo nhịp tim ban đầu.
Vì đặc tính điện áp đầu ra cực kỳ ổn định, pin oxit thủy ngân đã được sử dụng rộng rãi như nguồn tham chiếu điện áp trong các đồng hồ đo điện. Ngoài ra, pin này còn được sử dụng trong các mìn vệ tinh nhỏ, bộ radio và các vệ tinh ban đầu.

Ngày nay, những loại pin này đang trở nên lỗi thời do vấn đề môi trường liên quan đến thủy ngân. Có chủ yếu hai loại pin oxit thủy ngân – một là pin oxit thủy ngân kẽm và hai là pin oxit thủy ngân cadmium. Vấn đề môi trường cũng liên quan đến cadmium. Thị trường của loại pin này đã bị chiếm lĩnh bởi pin oxit mangan kiềm, pin kẽm không khí, pin oxit bạc và pin lithium.

Lợi ích của Pin Oxit Thủy Ngân Kẽm

1. Nó có mật độ năng lượng rất cao. Khoảng 450 Wh/L

2. Nó có tuổi thọ lưu trữ rất lâu.

3. Giữ ổn định dưới phạm vi rộng của mật độ dòng điện.

4. Nó rất hiệu quả điện hóa học.

5. Nó rất chắc chắn và thường không nhạy cảm với tác động cơ học và rung động.

6. Nó cung cấp điện áp mạch mở ổn định 1,35 V, đây là một lợi ích quan trọng của pin oxit thủy ngân kẽm.

7. Nó cung cấp điện áp ổn định trong suốt khoảng thời gian hoạt động với mức tiêu thụ dòng điện dài.

Nhược điểm của Pin Oxit Thủy Ngân Kẽm

1. Những loại pin này rất đắt đỏ. Đó là lý do tại sao chúng có sử dụng hạn chế.

2. Mặc dù tỷ lệ năng lượng so với thể tích của pin là cao nhưng tỷ lệ năng lượng so với trọng lượng là trung bình.

3. Hiệu suất của pin này không tốt lắm ở nhiệt độ thấp.

Do việc có chứa thủy ngân, việc xử lý pin kẽm oxit thủy ngân đã qua sử dụng tạo ra vấn đề.

Lợi ích của Pin Cadmium Oxit Thủy Ngân

1. Nó có thời gian bảo quản lâu hơn.

2. Nó có đường cong xả phẳng hơn trong phạm vi rộng của dòng điện.

3. Khác với pin kẽm oxit thủy ngân, nó hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ thấp.

4. Mức phát khí của pin cadmium oxit thủy ngân là thấp.

Nhược điểm của Pin Cadmium Oxit Thủy Ngân

1. Nó đắt hơn pin kẽm oxit thủy ngân do có cadmium.

2. Điện áp mạch mở tiêu chuẩn của loại pin này là 0,9 V, thấp hơn nhiều so với pin kẽm oxit thủy ngân.

3. Tỷ lệ năng lượng trên thể tích của nó là trung bình, và tỷ lệ năng lượng trên trọng lượng là thấp.

4. Việc xử lý pin cadmium oxit thủy ngân cũng gây ra vấn đề môi trường do có cả cadmium và thủy ngân.

Cấu tạo của Pin Oxit Thủy Ngân

Pin này chủ yếu được sản xuất dưới dạng đáy, phẳng và hình trụ. Trong cấu hình đáy, nắp trên của pin được làm bằng hợp kim đồng ở mặt trong và thép không gỉ hoặc thép mạ nickel ở mặt ngoài. Nắp trên được cách điện khỏi thùng chứa phía dưới bằng một gioăng nylon. Bột kẽm amalgam được phân tán bên trong nắp trên. Phần dưới cùng của thùng chứa được lấp đầy bằng hỗn hợp oxit thủy ngân và than chì. Than chì giúp tăng tính dẫn điện của oxit thủy ngân. Oxit thủy ngân là vật liệu cực âm chính của pin. Mặt trên của hỗn hợp cực âm được phủ bởi chất điện giải kali hydroxit hoặc natri hydroxit ngấm qua hàng rào xốp. Sau đó, toàn bộ nắp trên cùng với gioăng và vật liệu cực dương được ép xuống thùng chứa phía dưới. Bây giờ phần trên cùng của pin là cực dương, và phần dưới cùng là cực âm, và hàng rào xốp chứa chất điện giải giữa chúng. Toàn bộ lắp ráp được giữ chặt lại bằng cách uốn mép trên của thùng chứa phía dưới. Trong cấu hình phẳng, bột kẽm được amalgam và ép thành viên. Nắp trên của pin được mạ kép với gioăng polymer được đúc nguyên khối. Các tấm trên và dưới đều được làm bằng thép mạ nickel, nhưng tấm trong được mạ thiếc ở mặt trong. Thùng chứa chính của tế bào cũng được làm bằng hai thùng chứa thép mạ nickel. Và ống chuyển đổi được đặt trong khoảng trống giữa thùng chứa trong và ngoài. Phần dưới cùng của thùng chứa được lấp đầy bằng hỗn hợp cực âm, và trên đỉnh của hỗn hợp cực âm, chất hấp thụ chất điện giải được đặt. Bộ phận gioăng trên cùng với viên cực dương được ép vào thùng chứa trong và được niêm phong bằng cách uốn mép thùng chứa ngoài. Một lỗ thông hơi được cung cấp trên thùng chứa ngoài để khí có thể được sinh ra trong quá trình xả có thể thoát dễ dàng giữa thùng chứa trong và ngoài, bất kỳ chất điện giải nào bị mắc kẹt sẽ được hấp thụ bởi ống giấy chuyển đổi.

Hóa học của Pin Oxit Thủy Ngân

Có hai loại chất điện phân kiềm được sử dụng trong pin kẽm / mercuric, một dựa trên hydroxit kali và loại khác là hydroxit natri. Chất điện phân hydroxit natri thường được sử dụng khi hoạt động ở nhiệt độ thấp và dòng điện tiêu thụ cao không cần thiết. Chất điện phân này thường được sử dụng trong pin oxit kẽm mercuric, trong khi chất điện phân dựa trên hydroxit kali chỉ được sử dụng trong pin oxit cadmium mercuric. Cadmium không tan trong dung dịch hydroxit kali và đó là lý do tại sao pin oxit cadmium mercuric rất phù hợp cho hoạt động ở nhiệt độ thấp.

Phản ứng anôt trong pin oxit kẽm mercuric

Phản ứng anôt có thể được viết như sau,

Phản ứng này có thể được đơn giản hóa thành,

Phản ứng anôt trong pin oxit cadmium mercuric

Phản ứng anôt có thể được viết như sau,

Phản ứng này không tạo ra nước, vì vậy; chất điện phân được sử dụng trong tế bào này nên có tỷ lệ nước mong muốn cao.

Phản ứng catôt trong pin oxit mercuric

Phản ứng catôt của pin có thể được viết như sau,

Điện áp định mức của pin oxit mercuric

Điện áp mạch hở hoặc điện áp không tải của pin oxit kẽm thủy ngân là 1,35 V. Điện áp này khá ổn định trong suốt thời gian dài ở các nhiệt độ khác nhau. Điện áp không tải của pin oxit kẽm thủy ngân vẫn giữ trong phạm vi 1% trong vài năm. Điện áp không tải này chỉ có thể thay đổi khoảng 2,5 mV nếu nhiệt độ hoạt động của pin thay đổi từ -20oC đến +50oC. Pin này có đặc tính xả phẳng, nghĩa là điện áp của pin hầu như không thay đổi trong thời gian xả kéo dài với các dòng điện khác nhau. Điện áp mạch hở của pin oxit cadmium thủy ngân là 0,9 volt và nó khá ổn định trong tất cả các điều kiện hoạt động trong phạm vi nhiệt độ từ -55oC đến +80oC. Mặc dù nhiệt độ hoạt động cao tới +180oC đã được đạt được bằng cách thiết kế đặc biệt của pin.

Lưu trữ Pin Oxit Thủy Ngân

Đặc tính lưu trữ của loại pin này rất tốt, và tuổi thọ lưu trữ được đưa ra trong bảng dưới đây,

Tuyên bố: tôn trọng bản gốc, các bài viết tốt đáng được chia sẻ, nếu có vi phạm quyền tác giả xin vui lòng liên hệ để xóa.