ساختار شیمیایی، مزایا و معایب باتریهای اکسید جیوه
در طول جنگ جهانی دوم داشتن ولتاژ ثابت ، ظرفیت زیاد ، سیستم باتری طولانی مدت برای استفاده در شرایط گرمسیری شدید ضروری بود. فناوری باتری اکسید جیوه روی بیش از 100 سال شناخته شده بود ، اما اولین بار توسط ساموئل روبن در طول جنگ جهانی دوم مورد استفاده قرار گرفت. به دلیل ویژگیهای ولتاژ ثابت و پایدار ، استفاده از آن در ساعتها ، دوربینها و سایر وسایل الکترونیکی کوچک بسیار مفید است. همچنین در برخی از مدلهای اولیه ضربان سازها از آن استفاده می شد.
به دلیل ویژگی ولتاژ خروجی بسیار پایدار ، از باتری اکسید جیوه به عنوان منبع مرجع ولتاژ در ابزار اندازه گیری الکتریکی استفاده می شود. علاوه بر اینها ، از این باتری در معادن کوچک پراکنده ماهواره ، مجموعههای رادیویی و ماهوارههای اولیه استفاده می شد. اکنون این باتری به دلیل مشکل محیطی در ارتباط با جیوه منسوخ می شود. به طور عمده دو نوع باتری اکسید جیوه وجود دارد – یک باتری اکسید روی و دو باتری اکسید جیوه کادمیوم. مشکلات محیطی با کادمیوم نیز همراه است. بازار این باتری توسط دی اکسید منگنز قلیایی ، روی-هوا ، اکسید نقره و باتری لیتیوم اشغال شده است.
مزایای باتری اکسید جیوه روی
چگالی انرژی بسیار بالایی دارد. ۴۵۰ وات / لیتر
عمر بسیار طولانی دارد.
در زیر طیف گسترده ای از چگالی جریان پایدار است.
راندمان الکتروشیمیایی بسیار بالایی دارد.
بسیار مقاوم است و به طور کلی نسبت به تأثیر مکانیکی و لرزش حساس نیست.
ولتاژ مدار باز ۱.۳۵ ولت پایدار می دهد که یک مزیت مهم باتری جیوه روی است.
این ولتاژ پایدار را در طول دوره طولانی تخلیه جریان می دهد.
معایب باتری اکسید مرکوریک روی
این باتریها بسیار گران هستند. به همین دلیل است که آنها استفاده محدودی دارند.
اگرچه نسبت انرژی به حجم باتری زیاد است اما نسبت انرژی به وزن متوسط است.
عملکرد این باتری در دمای پایین بسیار مناسب نیست.
با توجه به وجود جیوه ، دفع باتری اکسید جیوه روی مورد مشکل زا است .
مزایای باتری اکسید جیوه کادمیوم
ماندگاری بیشتری دارد.
دارای منحنی تخلیه مسطح تر در طیف وسیعی از جریان است.
برخلاف باتریی اکسید روی ، در دمای پایین کارآمد است.
تکامل گاز باتری اکسید جیوه کادمیوم کم است.
معایب باتری اکسید جیوه کادمیوم
به دلیل داشتن کادمیوم نسبت به باتری اکسید جیوه روی گران تر است.
ولتاژ استاندارد مدار باز این باتری ۰.۹ ولت است که بسیار پایین تر از باتری اکسید جیوه روی است.
نسبت انرژی به حجم آن متوسط و نسبت انرژی به وزن کم است.
دفع آن همچنین به دلیل دارا بودن کادمیوم و جیوه مشکل محیطی ایجاد می کند.
ساختار باتری اکسید مرکوریک
این باتری عمدتاً به شکل دکمه ، مسطح و استوانه ای تولید می شد. در شکل دکمه ای، قسمت بالای باتری از آلیاژ مس در قسمت داخلی و نیکل یا استیل ضد زنگ در قسمت بیرونی ساخته شده است. پوشش بالا از داخل ظرف با یک نایلون عایق بندی می شود. پودر روی مخلوط شده در داخل پوشش بالا پراکنده است. قسمت پایین ظرف با مخلوطی از اکسید جیوه و گرافیت پر می شود. گرافیت در اینجا به افزایش هدایت اکسید جیوه کمک می کند.
همچنین،اکسید جیوه ماده اصلی کاتد باتری است. قسمت بالای مخلوط کاتد با هیدروکسید پتاسیم یا سد متخلخل خیس شده از الکترولیت هیدروکسید سدیم پوشانده شده است. اکنون کل پوشش بالا به همراه آند به داخل ظرف پایین پرس می شود. اکنون قسمت بالای باتری آند و قسمت پایین آن کاتد است و جداکننده متخلخل حاوی الکترولیت موجود در بین آنها است. کل مونتاژ با بستن لبه بالایی قوطی یا ظرف پایین ، کاملاً محکم در کنار هم قرار می گیرد. در پیکربندی مسطح ، پودر روی با هم مخلوط شده و درون یک ظرف قرص مانند فشرده می شود. پوشش بالای باتری با روکش پلیمری یکپارچه قالب دو لایه پوشانده شده است. صفحات فوقانی بیرونی و داخلی از فلز اندود نیکل ساخته شده است ، اما صفحه داخلی قلع اندود روی سطح داخلی است. ظرف اصلی سلول نیز از دو قوطی ساخته شده از جنس استیل ساخته شده است.
و لوله آداپتور در فضای بین قوطی داخلی و خارجی قرار می گیرد. قسمت زیرین ظرف با مخلوط کاتد پر می شود و در بالای الکترولیت مخلوط کاتد ، جاذبها قرار می گیرند. مونتاژ گرانوم بالا به همراه پالت آند به داخل قوطی داخلی فشرده می شود و سیلد با خم کردن روی قوطی بیرونی انجام می شود. سوراخ دریچه ای در قسمت خارجی محفظه ایجاد شده است به گونه ای که گازهای تولید شده در هنگام تخلیه را به راحتی بین قوطیهای داخلی و خارجی فرار خارج شود ، هرگونه الکترولیت موجود در لوله توسط آداپتور کاغذ جذب می شود.
شیمی باتری اکسید جیوه
از دو نوع الکترولیت قلیایی در سلول روی / جیوه استفاده می شود ، یکی هیدروکسید پتاسیم و دیگری هیدروکسید سدیم. الکترولیت سدیم هیدروکسید سدیم به طور کلی در مواردی مورد استفاده قرار می گیرد که عملکرد دمای پایین و تخلیه جریان زیاد ضروری نباشد. این الکترولیت به طور کلی در سلول اکسید روی جیوه استفاده می شود ، در حالی که الکترولیت مبتنی بر هیدروکسید پتاسیم فقط در سلول اکسید جیوه کادمیوم استفاده می شود. کادمیوم در محلول هیدروکسید پتاسیم نامحلول است و به همین دلیل سلول اکسید جیوه کادمیوم برای عملکرد دمای پایین کاملاً مناسب است.
ولتاژ باتری اکسید مرکوریک
ولتاز مدار باز یا بدون بار باتری اکسید جیوه روی ۱/۳۵ ولت است. ولتاژ بار باتری جیوه روی در مدت چند سال در حدود ۱٪ باقی می ماند. این ولتاژ بدون بار ممکن است به ترتیب ۲/۵ میلی ولت متفاوت باشد اگر دمای کار باتری از – ۲۰ درجه سانتیگراد تا ۵۰+ درجه سانتیگراد متفاوت باشد. این باتری دارای ویژگی تخلیه مسطح است ، به این معنی که ولتاژ باتری برای طولانی تر شدن مدت تخلیه با جریانهای مختلف تقریباً یکسان است. ولتاژ مدار باز باتری اکسید جیوه کادمیوم ۰/۹ ولت است و در کلیه شرایط عملیاتی در محدوده دما از ۵۵oC– تا ۸۰oC+ کاملاً پایدار است. اگرچه دمای تا به ۱۸۰+ درجه سانتیگراد با طراحی ویژه باتری حاصل شده است.