氧化汞电池|化学结构优点及用途

在第二次世界大战期间,保持恒定电压、高容量、长寿命变得至关重要电池用于极端热带条件下使用的系统。氧化锌汞电池的技术已经为人所知100多年了,但它第一次实际使用是在第二次世界大战期间塞缪尔·鲁本。因为它的恒久和稳定电压特点,特别适合于手表、相机等小型电子设备。它也被用于一些早期的心脏起搏器模型。
由于其极稳定的输出电压特性氧化汞电池广泛应用于电气工程中作为电压基准源测量仪器.除了这些,电池也被用于小型分散的卫星地雷、收音机和早期卫星。

现在这些电池已经过时了,因为它与汞有关的环境问题。氧化汞电池主要有两种,一种是锌氧化汞电池,另一种是镉氧化汞电池。环境问题也与镉有关。目前该电池市场已被碱性二氧化锰、空气锌、氧化银和锂电池占领。
氧化汞电池

氧化锌汞电池的优点

  1. 它有很高的能量密度。大约是450 Wh/L
  2. 它有很长的储存寿命。
  3. 在较宽的电流密度范围内保持稳定。
  4. 它具有很高的电化学效率。
  5. 它非常坚固,一般对机械冲击和振动不敏感。
  6. 其稳定的开路电压为1.35 V,这是锌汞电池的一个重要优势。
  7. 它在长电流漏极运行周期内提供稳定的电压。

氧化锌汞电池的缺点

  1. 这些电池非常昂贵。这就是它们用途有限的原因。
  2. 虽然电池的能量体积比很高,但能量重量比适中。
  3. 这种电池在低温下的性能不是很好。
  4. 由于汞的存在,使用过的氧化锌汞电池的处理产生了一个问题。

镉汞氧化物电池的优点

  1. 具有较长的储存寿命。
  2. 它有更平坦的放电曲线在一个较长的范围当前的
  3. 与锌汞氧化物电池不同的是,它在低温下工作效率高。
  4. 氧化镉汞电池出气标签低。

镉汞氧化物电池的缺点

  1. 由于镉的存在,比氧化锌汞电池贵。
  2. 该电池的标准开路电压为0.9 V,比氧化锌汞电池低很多。
  3. 其能量体积比适中,能量重量比较低。
  4. 由于镉和汞的存在,镉汞氧化物电池的处置也会造成环境问题。

氧化汞电池的构造

这种电池主要有底部、扁平和圆柱形三种形状。在底部配置中,电池的顶盖内表面为铜合金,外表面为镍或不锈钢。顶部盖通过尼龙环与底部容器绝缘。混合锌粉分散在顶盖内。容器的下部充满了氧化汞和石墨的混合物。石墨有助于增加氧化汞的导电性。氧化汞是电池的主要正极材料。阴极混合物的顶部覆盖着氢氧化钾或氢氧化钠电解质浸泡的多孔屏障。现在整个顶盖连同环圈和阳极材料被压入底部容器。现在,电池的上部是阳极,下部是阴极,多孔的隔板包含电解液在它们之间。 The whole assembly is tightly held together by crimping the top edge of the bottom can or container. In flat configuration, zinc powder is amalgamated and pressed into a pellet. The top cover of the battery is double plated with integrally molded polymer grommet. The outer and inner top plates are made of nickel plated steel, but the inner plate is tin plated on the inner surface. The main container of the cell is also made of two nickel plated steel made cans. And the adapter tube is placed in the space in between the inner and outer can. The lower portion of the container is filled with cathode mixture, and on the top of the cathode mixture electrolyte, absorbents are placed. The top grommet assembly along with anode pallet is pressed into the inner can and seal being done by crimping over the outer can. A vent hole is provided in the outer can so that the gas which might be generated during discharge can easily be escaped between inner and outer cans, any entrained electrolyte being absorbed by the paper adaptor tube.

氧化汞电池化学

锌汞电池使用两种碱性电解质,一种是氢氧化钾,另一种是氢氧化钠。氢氧化钠电解液一般用在低温操作和大电流漏不是必需的地方。锌汞氧化物电池一般使用这种电解质,而氢氧化钾电解液仅用于镉汞氧化物电池。镉不溶于氢氧化钾溶液,因此镉汞氧化物电池非常适合低温运行。

锌汞氧化物电池的阳极反应

阳极反应可以写成:

这个反应可以简化为:

镉汞氧化物电池的阳极反应

阳极反应可以写成:

因此,这个反应不会产生任何水;在这个电池中使用的电解质应该有很高的含水量。

氧化汞电池的阴极反应

电池的阴极反应为:

氧化汞电池的额定电压

氧化锌汞电池开路或空载电压为1.35 V。这种电压在不同的温度下很长一段时间内是相当稳定的。锌汞电池空载电压连续数年保持在1%以内。如果电池的工作温度从- 20变化,这个空载电压只能在2.5 mV的顺序变化oC到+ 50oC.该电池具有扁平放电特性,即在不同电流下延长放电时间,电池电压几乎相同。氧化镉汞电池的开路电压为0.9伏,在- 55℃的温度范围内,在所有工作条件下都相当稳定oC到+ 80oC.尽管操作温度高达+ 180oC是通过特殊设计的电池实现的。

氧化汞电池的储存

该电池的储存特性很好,储存寿命如下表所示。

存储期 储存温度 容量损失
氧化锌汞电池 2年 20.oC 10 - 20%
1年 45oC 20%
镉汞氧化物电池 10年 20.oC 20%
1年 80oC 15%
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