Из Википедии, свободной энциклопедии
  (Перенаправлен с батарей Mercury )
Перейти к навигации Перейти к поиску

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

Ртутные батареи (также называемый оксид ртути батареи , ртутный , клетка кнопки , или Ruben-Мэллори [1] ) не является перезаряжаемой электрохимической батареей , A первичной клетки . 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 угольно- цинковой батареи аналогичного размера . Ртутные батареи использовались в форме кнопочных элементов для часов, слуховых аппаратов, фотоаппаратов и калькуляторов, а также в более крупных формах для других приложений.

На какое-то время во время и после Второй мировой войны батареи, изготовленные из ртути, стали популярным источником питания для портативных электронных устройств. Из-за содержания токсичной ртути и экологических опасений по поводу ее утилизации продажа ртутных батарей сейчас запрещена во многих странах. И ANSI, и IEC отменили свои стандарты для ртутных батарей.

Поперечный разрез ртутной батареи кнопочного типа.

История [ править ]

Система батарей из оксида ртути и цинка была известна с 19 века [2], но не получила широкого распространения до 1942 года, когда Самуэль Рубен разработал сбалансированный ртутный элемент, который был полезен для военных приложений, таких как металлоискатели, боеприпасы и рации. звукозаписи . [3] [1] Аккумуляторная система имела 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 из миниатюрных кнопочных элементов, используемых для слуховых аппаратов и электрических наручных часов., цилиндрические типы, используемые для портативных электронных устройств, прямоугольные батареи, используемые для транзисторных радиоприемников [4], и большие многоклеточные блоки, используемые для промышленных приложений, таких как дистанционное радиоуправление для систем мостовых кранов. В Соединенных Штатах ртутные батареи производились такими компаниями, как PR Mallory and Co Inc (ныне Duracell ), Union Carbide Corporation (чье бывшее аккумуляторное подразделение теперь называется Energizer Holdings ), RCA Corporation и Burgess Battery Company .

Химия [ править ]

В ртутных батареях в качестве катода используется чистый оксид ртути (II) (HgO), также называемый оксидом ртути, или смесь HgO с диоксидом марганца (MnO 2 ) . Оксид ртути не является проводником, поэтому с ним смешано некоторое количество графита ; графит также помогает предотвратить скопление ртути в крупные капли. Полуреакция на катоде:

HgO + H 2 O + 2e - → Hg + 2OH - [3]

со стандартным потенциалом +0,0977 В.

Анод выполнен из цинка (Zn) и отделен от катода со слоем бумаги или другого пористого материала , пропитанные электролитом; это известно как соляной мост . На аноде происходят две полуреакции. Первый состоит из стадии электрохимической реакции :

Zn + 4OH - → Zn (OH) 4 −2 + 2e - [3]

с последующим этапом химической реакции : окисление происходит на аноде.

Zn + 2OH → ZnO + H 2 O + 2e
Zn (OH) 4 −2 → ZnO + 2OH - + H 2 O [3]

давая общую анодную полуреакцию:

Zn + 2OH - → ZnO + H 2 O + 2e - [3]

Общая реакция на аккумулятор:

Zn + HgO → ZnO + Hg

Другими словами, во время разряда цинк окисляется (теряет электроны), превращаясь в оксид цинка (ZnO), в то время как оксид ртути восстанавливается (приобретает электроны) с образованием элементарной ртути. В элемент помещается немного дополнительного количества оксида ртути, чтобы предотвратить выделение газообразного водорода в конце срока службы. [3]

Электролит [ править ]

Гидроксид натрия или гидроксид калия используются в качестве электролита . Ячейки с гидроксидом натрия имеют почти постоянное напряжение при низких токах разряда, что делает их идеальными для слуховых аппаратов , калькуляторов и электронных часов . Ячейки с гидроксидом калия, в свою очередь, обеспечивали постоянное напряжение при более высоких токах, что делало их пригодными для приложений, требующих скачков тока, например для фотоаппаратов со вспышкой и часов 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 [ править ]

В другой форме ртутной батареи используется оксид ртути и кадмий . У них гораздо более низкое напряжение на клеммах, около 0,9 вольт, 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 для извещателей дыма в жилых помещениях.. Он был спроектирован как серия ячеек, в которой одна ячейка имела уменьшенную емкость, что приводило к очень четкой двухступенчатой ​​характеристике разряда по напряжению. По истечении 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 предупредить пользователей о необходимости замены батареи, в то время как элементы большей емкости поддерживали нормальную работу устройства. [5]

Электрические характеристики [ править ]

Ртутные батареи с катодом из оксида ртути (II) 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 эталона напряжения в электронных приборах и фотографических люксметрах . [6]

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

Запрет продукта [ править ]

1991 Европейская комиссия директива 91/157 , когда он будет принят государствами - членами, запрещен сбыт определенных типов батарей , содержащих более 25 миллиграммов ртути, или, в случае щелочных аккумуляторов , более чем 0,025% по массе ртути. В 1998 году запрет был распространен на элементы, содержащие более 0,005% ртути по весу. [7]

В 1992 году штат Нью-Джерси запретил продажу ртутных батарей. В 1996 году Конгресс США принял Закон об обращении с ртутьсодержащими и перезаряжаемыми батареями, который запрещал дальнейшую продажу ртутьсодержащих батарей, если производители не предоставили оборудование для утилизации, что фактически запретило их продажу. [8] [9]

Запасные [ править ]

Запрет на продажу батарей с оксидом ртути вызвал множество проблем для фотографов , оборудование которых часто зависело от выгодных кривых разряда и длительного срока службы. В качестве альтернативы используются воздушно-цинковые батареи с аналогичной кривой разряда, высокой емкостью, но гораздо более коротким сроком службы (несколько месяцев) и низкими характеристиками в сухом климате; щелочные батареи, напряжение которых сильно меняется в течение срока их службы; и батареи из оксида серебра с более высоким напряжением (1,55 В) и очень плоской кривой разряда, что делает их, возможно, лучшей, хотя и дорогой, заменой после перекалибровки измерителя на новое напряжение.

Специальные адаптеры с диодами Шоттки или германиевыми диодами для снижения напряжения 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, потребляемые старыми люксметрами CdS , обычно находятся в диапазоне от 10 мкА до 200 мкА (например, серия оборудования Minolta SR-T ). Различные виды схем активного регулирования напряжения с использованием SMD- транзисторов [10] или интегральных схем [11]были разработаны, однако их часто трудно интегрировать в тесный отсек для батарей. Замены должны работать с минимальным падением напряжения на и без того очень низком напряжении, производимом одним элементом батареи, а отсутствие переключателя питания на многих традиционных экспонометрах и камерах [11] делает сверхнизкое энергопотребление (ULP) или чрезвычайно низкое требуется конструкция питания (XLP). Многие старые устройства также имеют шасси, подключенное к положительной клемме батареи, а не к ее отрицательной клемме - если это невозможно изменить, необходимая конструкция регулятора отрицательного напряжения еще больше сокращает выбор подходящих электронных компонентов. [11]

Использование в цинковых батареях [ править ]

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

См. Также [ править ]

  • Список типов батарей
  • Список размеров батарей
  • Сравнение типов батарей
  • Утилизация аккумуляторов
  • Номенклатура аккумуляторов

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Salkind, Элвин Дж .; Рубен, Самуэль (1986). «Ртутные батареи для кардиостимуляторов и других имплантируемых устройств». Батареи для имплантируемых биомедицинских устройств . Springer США. С. 261–274. DOI : 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. ^ a b c d e f g h i Линден, Дэвид (2002). «Глава 11» . В Редди, Томас Б. (ред.). Справочник по батареям (3-е изд.). Нью-Йорк: Макгроу-Хилл . ISBN 0-07-135978-8.
  4. ^ "Технические данные - Energizer No. E146X" (PDF) . Энерджайзер . Архивировано (PDF) из оригинала 2018-11-18 . Проверено 11 мая 2019 .
  5. ^ Кромптон, Томас Рой. Справочник аккумуляторов . С. 5–23.
  6. ^ Уилсон, Антон (2004). "Кинематографическая 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 ; Чобаноглус, 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 обращению с отходами. Январь 2010 . Проверено 20 июня 2013 .
  10. ^ Пол, Матиас Р. (2009-03-14). "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 языке). Архивировано из оригинала на 2016-03-27 . Проверено 26 февраля 2011 .
  11. ^ a b c Пол, Матиас Р. (2005-12-12). «Minolta SR-Т Batterieadapter» [Использование бандгапа как ртуть замена батареи]. Минолта-Форум (на немецком языке). Архивировано из оригинала на 2016-10-11 . Проверено 26 февраля 2011 .

Внешние ссылки [ править ]