باتری منیزیم / ساختار باتری منیزیم

منیزیم به دلیل داشتن پتانسیل استاندارد بالا به عنوان مواد آند در باطری اولیه مورد استفاده‌قرارمی‌گیرد. این فلز سبک‌است. فلزی ارزان قیمت‌است و نیز به راحتی در دسترس‌است. باطری منیزیم / دی اکسید منگنز Mg / MnO2)) دارای دو برابر عمر مفید نسبت باتری دی اکسید روی / منگنز Zn / MnO2)) با همان اندازه‌است. همچنین می‌تواند ظرفیت شارژ خود را در دماهای بالا حفظ کند. باتری منیزیم بسیار بادوام و سطح ذخیره ی بالایی دارد زیرا همیشه دارای یک پوشش محافظ‌است که به طور طبیعی روی سطح آند منیزیم‌تشکیل‌می‌شود.

باطری منیزیم هنگامی که بخشی از آن تخلیه شد ، قابلیت ذخیره خود را از دست می‌دهد و به همین دلیل برای استفاده‌در برنامه های متناوب طولانی مدت بسیار مناسب نیست. این دلیل اصلی آن‌است که محبوبیت خود را از دست می دهد و باتری لیتیوم بازار آن را اشغال می‌کند.

……………………………………………………………………….

شیمی باطری منیزیم

در باطری منیزیم اولیه از آلیاژ منیزیم به عنوان آند استفاده‌می‌شود. دی اکسید منگنز به عنوان ماده کاتدی استفاده‌می‌شود. اما دی اکسید منگنز نمی‌تواند هدایت لازم را به کاتد ارائه‌دهد ، به همین دلیل استیلن سیاه با دی اکسید منگنز مخلوط می‌شود تا به هدایت لازم برسد. پرکلرات منیزیم به عنوان الکترولیت مورد استفاده‌قرار می‌گیرد. ک باریم و لیتیوم برای جلوگیری از خوردگی به الکترولیت اضافه می‌شوند. هیدروکسید منیزیم نیز به عنوان یک عامل بافر به منظور بهبود قابلیت ذخیره سازی به این مخلوط اضافه‌می‌شود.

واکنش اکسیداسیون که در آند رخ می‌دهد ،

واکنش کاهش که در کاتد رخ می‌دهد ،

و واکنش کلی ،

ولتاژ مدار باز ، این سلول حدود 2 ولت می‌دهد اما مقدار نظری پتانسیل سلول 2.8 ولت‌است.

احتمال خوردگی منیزیم حتی در شرایط شدید محیطی بسیار کمتر‌است. منیزیم خام با رطوبت واکنش نشان می‌دهد‌و یک پوشش از ورق نازک منیزیم Mg(OH)₂ را بر روی سطح آن تشکیل می‌دهد.

این ورق نازک پراکسید منیزیم به عنوان یک لایه محافظ خوردگی بر روی منیزیم عمل‌می‌کند. علاوه بر این ، پوشش کرومات روی منیزیم این میزان محافظت را تا حد بسیار زیادی بهبود می‌بخشد. اما وقتی این ورق محافظ پراکسید منیزیم به دلیل تخلیه باتری سوراخ شده یا از بین برود ، با تشکیل گاز هیدروژن خوردگی صورت می‌گیرد.

این پایه و اساس شیمی باطری منیزیم‌است.

……………………………………………………………………….

ساختار باطری منیزیم

ساختار باطری استوانه ای منیزیم شبیه به یک باطری استوانه ای روی و کربن‌است. در اینجا از آلیاژ منیزیم به عنوان ظرف اصلی باطری استفاده‌می‌شود. این آلیاژ توسط منیزیم و مقدار کمی آلومینیوم و روی تشکیل می‌شود. در اینجا از دی اکسید منگنز به عنوان ماده کاتدی استفاده‌می‌شود. از آنجا که دی اکسید منگنز از رسانایی ضعیفی برخورداراست ، استیلن سیاه با آن مخلوط می شود تا هدایت آن بهبود یابد. این همچنین به حفظ آب داخل کاتد کمک می‌کند. در این مخلوط کاتدی کرومات باریم به عنوان یک مهارکننده افزوده‌می‌شود و همچنین هیدروکسید منیزیم به عنوان بافر pH اضافه می‌شود.پرکلرات منیزیم با کرومات لیتیوم مخلوط با آب به عنوان الکترولیت استفاده می‌شود. کربن به عنوان یک جمع کننده جریان در ترکیب کاتد قرار می‌گیرد.

کاغذهای كرافت ، كه به محلول الكتروليت جذب‌مي‌شوند ، بين كاتد و مواد آند به عنوان جدا كننده قرار مي‌گيرند. در طراحی آرایش آب بندی باتری منیزیم باید توجه ویژه ای‌شود. آب بندی باتری نباید به حدی متخلخل باشد که رطوبت داخل باتری در هنگام ذخیره باتری تبخیر شود و نباید آنقدر غیر متخلخل باشد که گاز هیدروژن که در هنگام تخلیه ایجاد می‌شود از باتری فرار نکند.

بنابراین

سیلد باطری باید رطوبت موجود در آن را حفظ کرده و در عین حال ، به گاز هیدروژن که در هنگام تخلیه تشکیل شده‌است ، نتواند ارج شود. این کار را می‌توان با تهیه یک سوراخ کوچک در بالای سیلد پلاستیکی که زیر حلقه نگهدارنده است ، انجام داد. هنگامی که گاز اضافی از سوراخ خارج می‌شود ، این حلقه نگهدارنده به دلیل فشار تغییر شکل می یابد و در نتیجه خروج گاز حاصل‌می‌شود.

آند منیزیم پوشش بیرونی باطری را تشکیل می‌دهد ، اما ساختار دیگری از باطری منیزیم نیز در دسترس است که کربن ظرف خارجی باتری را تشکیل می‌دهد. در اینجا ظرف معمولی از کربن بسیار رسانا شکل می گیرد. این ظرف به ظرف استوانه ای شکل می‌گیرد و همانطور که در تصویر نشان داده شده‌است ، یک شکل میله مانند از مرکز آن پیش بینی شده‌است. آند باتری توسط یک سیلندر یا ظرف منیزیم‌تشکیل‌می‌شود.

قطر آند استوانه ای تقریبا نیمی از ظرف کربن است. مخلوط کاتد در داخل این سیلندر آند قرار می‌گیرد و توسط جداساز کاغذ از دیواره داخلی استوانه جدا‌می‌شود. فضای بین سطح داخلی ظرف کربن و سطح بیرونی استوانه آند نیز با مخلوط کاتد پر شده و در اینجا همچنین سطح بیرونی استوانه آند توسط جداکننده کاغذ از مخلوط کاتد جدا‌می‌شود. مخلوط کاتد با مخلوط کردن دی اکسید منگنز ، کربن سیاه و مقدار کمی از برمید منیزیم آبی یا پرکلرات به عنوان الکترولیت تولید‌می‌شود. ترمینال مثبت به انتهای لیوان کربن متصل است. ترمینال منفی به انتهای ظرف آند وصل‌شده‌است. کل سیستم در یک قاب استیل قلع اندود محصور شده‌است.

……………………………………………………………………….

مزایای باطری منیزیم

طول عمر بسیار خوبی دارد. می توان آن را برای مدت طولانی حتی در دمای بالا نگهداری‌کرد. این باطری ها می توانند تا 5 سال در دمای 20 درجه سانتیگراد ذخیره شوند.
دارای دو برابر ظرفیت در مقایسه با باتری هم اندازه معادل Lllanche است.
ولتاژ باطری بالاتر از باتری روی – کربن.
هزینه نیز متوسط است.