Ртутный аккумулятор - Mercury battery

Батарея ртутная "РЦ-53М" (РЦ-53М), российская, 1989 г.в.

А ртутная батарея (также называемый батарея оксида ртути, ртутный элемент, кнопочная ячейка, или же Рубен-Мэллори[1]) является неперезаряжаемой электрохимическая батарея, а первичная ячейка. В ртутных батареях используется реакция между оксидом ртути и цинковыми электродами в щелочном электролите. Напряжение во время разряда остается практически постоянным и составляет 1,35 В, а емкость намного больше, чем у аналогичного размера. угольно-цинковый аккумулятор. Использовались ртутные батареи в виде кнопочные ячейки для часов, слуховых аппаратов, фотоаппаратов и калькуляторов, а также в больших формах для других приложений.

Какое-то время во время и после Второй мировой войны батареи, изготовленные из Меркурий стал популярным источником питания для портативных электронных устройств. Из-за содержания токсичная ртуть и забота об окружающей среде, связанная с их утилизацией, продажа ртутных батарей сейчас запрещена во многих странах. Обе ANSI и IEC отозвали свои стандарты для ртутных батарей.

Поперечный разрез ртутной батареи кнопочного типа.

История

Система батарей из оксида ртути и цинка была известна с 19 века.[2] но не получил широкого распространения до 1942 г., когда Сэмюэл Рубен разработал сбалансированный ртутный элемент, который был полезен для военных приложений, таких как металлоискатели, боеприпасы и рации.[3][1] Аккумуляторная система имеет преимущества длительного срока хранения (до 10 лет) и стабильного выходного напряжения. После Второй мировой войны аккумуляторная система широко применялась в небольших электронных устройствах, таких как кардиостимуляторы и слуховые аппараты. Батареи с оксидом ртути производились различных размеров от миниатюрных кнопочные ячейки используется для слуховые аппараты и электрические наручные часы, цилиндрические типы, используемые для портативных электронных устройств, прямоугольные батареи, используемые для транзисторных радиоприемников,[4] и большие многоклеточные блоки, используемые для промышленных приложений, таких как радио дистанционное управление для систем мостовых кранов. В США батареи с оксидом ртути производились компаниями, в том числе П. Р. Мэллори и Ко, Inc., (сейчас же Duracell ), Union Carbide Corporation (чье бывшее батарейное подразделение теперь называется Energizer Holdings ), RCA Corporation, и Компания по производству аккумуляторов Burgess.

Химия

В ртутных батареях используются чистые оксид ртути (II) (HgO) - также называемый оксидом ртути - или смесь HgO с диоксид марганца (MnO2) как катод. Оксид ртути не является проводником, поэтому некоторые графит смешивается с ним; графит также помогает предотвратить скопление ртути в крупные капли. В полуреакция на катоде находится:

HgO + H2O + 2e− → Hg + 2OH−[3]

с стандартный потенциал +0,0977 В.

В анод сделан из цинк (Zn) и отделены от катода слоем бумаги или другого пористого материала, пропитанного электролитом; это известно как соляной мост. На аноде происходят две полуреакции. Первый состоит из электрохимическая реакция шаг:

Zn + 4OH− → Zn (OH)4−2 + 2e−[3]

за которым следует химическая реакция шаг: Окисление происходит на аноде

Zn + 2OH → ZnO + H2O + 2e
Zn (OH)4−2 → ZnO + 2OH− + H2О[3]

давая общую анодную полуреакцию:

Zn + 2OH− → ZnO + H2O + 2e−[3]

Общая реакция на аккумулятор:

Zn + HgO → ZnO + Hg

Другими словами, во время разряда цинк окисляется (теряет электроны) и становится оксид цинка (ZnO), а оксид ртути получает уменьшенный (получает электроны) с образованием элементарной ртути. В ячейку вводится немного дополнительного количества оксида ртути, чтобы предотвратить образование водород газ в конце жизни.[3]

Электролит

Едкий натр или гидроксид калия используются как электролит. Ячейки с гидроксидом натрия имеют почти постоянное напряжение при малых токах разряда, что делает их идеальными для слуховые аппараты, калькуляторы, и электронные часы. Ячейки с гидроксидом калия, в свою очередь, обеспечивали постоянное напряжение при более высоких токах, что делало их пригодными для приложений, требующих скачков тока, например фотоаппараты со вспышкой и часы с подсветкой. Ячейки с гидроксидом калия также лучше работают при более низких температурах. Ртутные элементы имеют очень длительный срок хранения - до 10 лет.[3]

Оксид ртути и кадмий

В другой форме ртутной батареи используется оксид ртути и кадмий. У них гораздо более низкое напряжение на клеммах, около 0,9 В, и поэтому они имеют более низкую плотность энергии, но имеют расширенный диапазон температур, в специальных конструкциях до 180 C. Поскольку кадмий имеет низкую растворимость в щелочном электролите, эти батареи имеют длительный срок хранения.[3] Батарея этого типа на 12 В ранее использовалась в жилых помещениях. детекторы дыма. Он был спроектирован как серия ячеек, в которой одна ячейка имела уменьшенную емкость, что приводило к очень четкой двухступенчатой ​​характеристике разряда по напряжению. По достижении конца срока службы этот меньший элемент сначала разрядится, что приведет к резкому падению напряжения на клеммах аккумулятора на 0,9 В. Это обеспечило очень предсказуемый и повторяемый способ предупреждения пользователей о необходимости замены батареи, в то время как элементы большей емкости поддерживали нормальную работу устройства.[5]

Электрические характеристики

Ртутные батареи с использованием оксид ртути (II) катод имеют очень плоскую кривую разряда, поддерживая постоянное напряжение 1,35 В (разомкнутая цепь) примерно до последних 5% их срока службы, когда их напряжение быстро падает. Напряжение остается в пределах 1% в течение нескольких лет при небольшой нагрузке и в широком диапазоне температур, что делает ртутные батареи полезными в качестве опорное напряжение в электронных приборах и в фотографических световые метры.[6]

Ртутные батареи с катодами из смеси оксида ртути и диоксид марганца имеют выходное напряжение 1,4 В и более наклонную кривую разряда.[3]

Запрет продукта

1991 год Европейская комиссия директива 91/157 в случае принятия государствами-членами запрещает продажу определенных типов батарей, содержащих более 25 миллиграммов ртути, или, в случае щелочные батареи, более 0,025 мас.% ртути. В 1998 году запрет был распространен на элементы, содержащие более 0,005% ртути.[7]

В 1992 г. Нью-Джерси запрещенная продажа ртутных батарей. В 1996 году Конгресс США принял Закон об обращении с ртутьсодержащими и аккумуляторными батареями это запретило дальнейшую продажу ртутьсодержащих батарей, если производители не предоставили оборудование для утилизации, что фактически запретило их продажу.[8][9]

Запасные

Запрет на продажу ртутно-оксидных батарей вызвал множество проблем для фотографы, оборудование которых часто полагалось на выгодные кривые разряда и долгий срок службы. Используемые альтернативы: воздушно-цинковые батареи с аналогичной кривой разряда, высокой емкостью, но гораздо меньшим сроком службы (несколько месяцев) и плохой производительностью в сухом климате; щелочные батареи с напряжением в широких пределах в течение срока их службы; и серебряно-оксидные батареи с более высоким напряжением (1,55 В) и очень плоской кривой разряда, что делает их, возможно, лучшей, хотя и дорогой заменой после повторной калибровки счетчика на новое напряжение.

Специальные переходники с понижением напряжения Шоттки или германиевые диоды позволяют использовать батареи из оксида серебра в оборудовании, предназначенном для ртутных батарей. Поскольку падение напряжения является нелинейной функцией протекания тока, диоды не дают очень точного решения для приложений, в которых протекание тока значительно меняется. Токи, нарисованные старыми CdS люксметры обычно находятся в диапазоне от 10 мкА до 200 мкА (например, Minolta SR-T серия оборудования). Различные виды схем активного регулирования напряжения с использованием SMD транзисторы[10] или интегральные схемы[11] были разработаны, однако их часто сложно интегрировать в тесный отсек для батарей. Замены должны выполняться с минимальным падение напряжения на и без того очень низком напряжении, вырабатываемом одним элементом батареи, и на отсутствии переключателя питания на многих традиционных экспонометрах и камерах[11] делает сверхнизкая мощность (ULP) или крайне низкая мощность (XLP) необходим дизайн. Многие старые устройства также имеют шасси, подключенное к батарее. положительный а не его отрицательный терминал - если это нельзя изменить, необходимо регулятор отрицательного напряжения дизайн еще больше сокращает выбор подходящих электронных компонентов.[11]

Использование в цинковых батареях

Раньше цинковые аноды сухих ячеек были объединенный с ртутью, чтобы предотвратить побочные реакции цинка с электролитом, которые сократят срок службы батареи. Ртуть не участвовала в химической реакции аккумулятора. Производители перешли на более чистый сорт цинка, поэтому амальгамирование больше не требуется, а ртуть удаляется из сухого элемента.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Салкинд, Элвин Дж .; Рубен, Сэмюэл (1986). «Ртутные батареи для кардиостимуляторов и других имплантируемых устройств». Батареи для имплантируемых биомедицинских устройств. Springer США. С. 261–274. Дои:10.1007/978-1-4684-9045-9_9. ISBN  978-1-4684-9047-3.
  2. ^ Кларк, Чарльз Ли (1884-06-06). Гальваническая батарея. Патент США 298175. [1]
  3. ^ а б c d е ж грамм час я Линден, Дэвид (2002). «Глава 11». В Редди, Томас Б. (ред.). Справочник батарей (3-е изд.). Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. ISBN  0-07-135978-8.
  4. ^ «Технические данные - Energizer № E146X» (PDF). Энерджайзер. В архиве (PDF) из оригинала 2018-11-18. Получено 2019-05-11.
  5. ^ Кромптон, Томас Рой. Справочник аккумуляторов. С. 5–23.
  6. ^ Уилсон, Антон (2004). "Мастерская Антона Вильсона". Американский кинематографист. п. 137. ISBN  0-93557826-9.
  7. ^ Хантер, Род; Muylle, Koen J., eds. (1999). Настольная книга Европейского сообщества. Настольная книга ELI - ELR - Репортер по экологическому праву. Институт экологического права. п. 75. ISBN  0-911937-82-X.
  8. ^ Крейт, Франк; Чобаноглу, Джордж (2002). Справочник по обращению с твердыми отходами. McGraw-Hill Professional. С. 6–34. ISBN  0-07-135623-1.
  9. ^ «Информационный бюллетень IMERC: Использование ртути в батареях». Северо-восточная ассоциация должностных лиц по управлению отходами. Январь 2010 г.. Получено 2013-06-20.
  10. ^ Пол, Маттиас Р. (14 марта 2009 г.). "Minolta SR-T Batterieadapter" [Использование схемы регулятора напряжения низкого напряжения на базе SMD-транзистора 7 × 7 мм в качестве замены ртутной батареи]. Минолта-Форум (на немецком). Архивировано из оригинал на 2016-03-27. Получено 2011-02-26.
  11. ^ а б c Пол, Маттиас Р. (12 декабря 2005 г.). "Minolta SR-T Batterieadapter" [Использование бандгапа как ртуть замена батареи]. Минолта-Форум (на немецком). Архивировано из оригинал на 2016-10-11. Получено 2011-02-26.

внешняя ссылка