पारा बैटरी

पारा बैटरी РЦ-53М (RTs-53M), रूसी 1989 में निर्मित

एक पारा बैटरी (जिसे पारा ऑक्साइड बैटरी, पारा सेल, बटन कक्ष या रूबेन-मैलोरी भी कहा जाता है) एक गैर-रिचार्जेबल बैटरी (बिजली), एक प्राथमिक कक्ष है। पाराबैटरी एक क्षारीय इलेक्ट्रोलाइट में पारा ऑक्साइड और जिंक इलेक्ट्रोड के बीच प्रतिक्रिया का उपयोग करती है। निर्वहन के समय वोल्टेज व्यावहारिक रूप से 1.35 वोल्ट पर स्थिर रहता है, और क्षमता समान आकार की जिंक-कार्बन बैटरी जिंक-कार्बन बैटरी की तुलना में बहुत अधिक होती है। घड़ियों, श्रवण यंत्रों, कैमरों और कैलकुलेटरों के लिए पारा बैटरियों का उपयोग बटन कोशिकाओं के आकार में और अन्य अनुप्रयोगों के लिए बड़े रूपों में किया जाता था।

द्वितीय विश्व युद्ध के समय और बाद में, पारा (तत्व) से बनी बैटरी पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए एक लोकप्रिय शक्ति स्रोत बन गई। पारा विषाक्तता की पदार्थ और इसके निपटान के बारे में पर्यावरण संबंधी चिंताओं के कारण पारा बैटरी की बिक्री अब कई देशों में प्रतिबंधित है। एएनएसआई और इंटरनेशनल इलेक्ट्रोटेक्नीकल कमीशन दोनों ने पारा बैटरी के लिए अपने मानकों को वापस ले लिया है।

एक बटन-प्रकार पारा बैटरी के माध्यम से क्रॉस सेक्शन

इतिहास

पारा ऑक्साइड-जिंक बैटरी प्रणाली 19वीं सदी से जाना जाता था, किन्तु 1942 तक व्यापक रूप से उपयोग नहीं किया गया था जब शमूएल रूबेन ने एक संतुलित पारा कक्ष विकसित किया, जो मेटल संसूचक, युद्ध पदार्थ और वॉकी-टॉकी जैसे सैन्य अनुप्रयोगों के लिए उपयोगी था। बैटरी प्रणाली में लंबी शेल्फ जीवन (10 साल तक) और स्थिर वोल्टेज आउटपुट के लाभ थे। द्वितीय विश्व युद्ध के बाद कार्डियक पेसमेकर और श्रवण यंत्र जैसे छोटे इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए बैटरी प्रणाली व्यापक रूप से प्रयुक्त की गई थी। पारा ऑक्साइड बैटरियां श्रवण यंत्रों और इलेक्ट्रिक कलाई घड़ियों के लिए उपयोग किए जाने वाले लघु बटन सेल, पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक उपकरण के लिए उपयोग किए जाने वाले बेलनाकार प्रकार, ट्रांजिस्टर रेडियो के लिए उपयोग की जाने वाली आयताकार बैटरियों से आकार की एक श्रेणी में बनाई गई थीं। और ओवरहेड क्रेन प्रणाली के लिए रेडियो रिमोट कंट्रोल जैसे औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किए जाने वाले बड़े मल्टीसेल पैक संयुक्त राज्य अमेरिका में पारा ऑक्साइड बैटरियों का निर्माण पीआर मैलोरी एंड कंपनी इंक, (अब ड्यूरासेल ), यूनियन कार्बाइड कॉर्पोरेशन (जिसका पूर्व बैटरी विभाजन अब एनर्जाइज़र होल्डिंग्स कहा जाता है), आरसीए निगम और बर्गेस बैटरी कंपनी सहित कंपनियों द्वारा किया गया था।

रसायन विज्ञान

पारा बैटरी या तो शुद्ध पारा (II) ऑक्साइड (HgO) का उपयोग करती है - जिसे पारा (द्वितीय) ऑक्साइड भी कहा जाता है - या मैंगनीज डाइऑक्साइड (MnO₂) के साथ HgO का मिश्रण) कैथोड के रूप में पारा ऑक्साइड एक गैर-चालक है, इसलिए इसमें कुछ ग्रेफाइट मिलाया जाता है; ग्रेफाइट बड़ी बूंदों में पारा के संग्रह को रोकने में भी सहायता करता है। कैथोड पर अर्ध-प्रतिक्रिया है::

${\ce {HgO + H2O + 2e- -> Hg + 2OH-}}$

+0.0977 V की मानक क्षमता के साथ।

एनोड जस्ता (Zn) से बना होता है और कैथोड से कागज की एक परत या इलेक्ट्रोलाइट से लथपथ अन्य झरझरा पदार्थ से अलग होता है; इसे नमक के पुल के रूप में जाना जाता है। एनोड पर दो अर्ध-प्रतिक्रियाएँ होती हैं। पहले में एक विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया चरण होता है:

${\ce {Zn + 4 OH- -> Zn(OH)4^2- + 2e-}}$

रासायनिक प्रतिक्रिया चरण के बाद

:${\ce {Zn(OH)4^2- -> ZnO + 2OH- + H2O}}$

समग्र एनोड की आधी प्रतिक्रिया उत्पन्न करना::

${\ce {Zn + 2OH- -> ZnO + H2O + 2e-}}$

बैटरी के लिए समग्र प्रतिक्रिया है:

${\ce {Zn + HgO -> ZnO + Hg}}$

दूसरे शब्दों में, निर्वहन के समय , जस्ता ज़िंक ऑक्साइड (जेडएनओ) बनने के लिए ऑक्सीकरण (इलेक्ट्रॉनों को खो देता है) होता है जबकि पारा ऑक्साइड रिडॉक्स (इलेक्ट्रॉनों को प्राप्त करता है) को प्राथमिक पारा बनाने के लिए प्राप्त करता है। जीवन के अंत में हाइड्रोजन गैस के विकास को रोकने के लिए कक्ष में थोड़ा अतिरिक्त पारा ऑक्साइड डाला जाता है।

इलेक्ट्रोलाइट

सोडियम हाइड्रॉक्साइड या पोटेशियम हाइड्रोक्साइड का उपयोग इलेक्ट्रोलाइट के रूप में किया जाता है। सोडियम हाइड्रॉक्साइड कोशिकाओं में कम निर्वहन धाराओं पर लगभग स्थिर वोल्टेज होता है, जिससे वे श्रवण यंत्र, कैलकुलेटर और इलेक्ट्रॉनिक घड़ियों के लिए आदर्श बन जाते हैं। पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड सेल, बदले में, उच्च धाराओं पर निरंतर वोल्टेज प्रदान करते हैं, जिससे उन्हें वर्तमान सर्जेस की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त बनाया जाता है, उदा फ्लैश के साथ फोटोग्राफिक कैमरे, और बैकलाइट के साथ देखता है। पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड कोशिकाओं का कम तापमान पर भी उत्तम प्रदर्शन होता है। पारा कोशिकाओं का 10 साल तक बहुत लंबा शैल्फ जीवन है।

पारा ऑक्साइड और कैडमियम

पारा बैटरी का एक अलग रूप पारा ऑक्साइड और कैडमियम का उपयोग करता है। इसमें 0.9 वोल्ट के आसपास बहुत कम टर्मिनल वोल्टेज है और इसलिए कम ऊर्जा घनत्व है, किन्तु इसकी एक विस्तारित तापमान सीमा है, विशेष डिजाइन में 180 सी तक क्योंकि कैडमियम में क्षारीय इलेक्ट्रोलाइट में कम घुलनशीलता होती है, इन बैटरियों का भंडारण जीवन लंबा होता है। इस प्रकार की 12 वोल्ट की बैटरी का उपयोग पहले आवासीय धूम्रपान संसूचक के लिए किया जाता था। इसे कोशिकाओं के एक श्रृंखला स्टैक के रूप में डिजाइन किया गया था, जहां एक कक्ष की कम क्षमता थी जिसके परिणामस्वरूप एक बहुत ही अलग दो-चरण वोल्टेज निर्वहन विशेषता थी। अपने जीवन के अंत तक पहुँचने पर, यह छोटा कक्ष सबसे पहले निर्वहन होगा, जिससे बैटरी टर्मिनल वोल्टेज में 0.9 वोल्ट की तेजी से गिरावट आएगी। यह उपयोगकर्ताओं को चेतावनी देने के लिए एक बहुत ही अनुमानित और दोहराने योग्य विधि प्रदान करता है कि बैटरी को प्रतिस्थापन की आवश्यकता होती है जबकि बड़ी क्षमता वाली कोशिकाओं ने इकाई को सामान्य रूप से कार्य करना जारी रखा था।

विद्युत विशेषताएँ

पारा (II) ऑक्साइड कैथोड का उपयोग करने वाली पारा बैटरी में एक बहुत ही सपाट निर्वहन वक्र होता है, जो अपने जीवनकाल के अंतिम 5% तक लगातार 1.35 V (खुला परिपथ) वोल्टेज को बनाए रखता है, जब उनका वोल्टेज तेजी से गिरता है। हल्के भार पर कई वर्षों तक वोल्टेज 1% के अंदर रहता है, और एक विस्तृत तापमान सीमा पर, इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में और फोटोग्राफिक हल्का मीटर में पारा बैटरी को वोल्टेज संदर्भ के रूप में उपयोगी बनाता है।

पारा ऑक्साइड और मैंगनीज डाइऑक्साइड के मिश्रण से बने कैथोड वाली पारा बैटरी में 1.4 V का आउटपुट वोल्टेज और अधिक स्लोप्ड निर्वहन वक्र होता है।

उत्पाद प्रतिबंध

1991 के यूरोपीय आयोग बैटरी निर्देशक निर्देश 91/157, सदस्य स्तरों द्वारा अपनाए जाने पर, 25 से अधिक वाली कुछ प्रकार की बैटरियों के विपणन पर रोक लगा दी गई पारा के मिलीग्राम, या, क्षारीय बैटरी के स्थिति में पारा के वजन से 0.025% से अधिक 1998 में पारा के वजन से 0.005% से अधिक युक्त कोशिकाओं पर प्रतिबंध लगा दिया गया था।

1992 में, न्यू जर्सी राज्य ने पारा बैटरी की बिक्री पर रोक लगा दी थी। 1996 में, संयुक्त राज्य अमेरिका कांग्रेस ने पारा युक्त और रिचार्जेबल बैटरी प्रबंधन अधिनियम पारित किया, जिसमें पारा युक्त बैटरियों की बिक्री पर रोक लगा दी गई (25 तक अपवाद के साथ)।मिलीग्राम पारा प्रति बटन कक्ष कुछ विशिष्ट स्थितियों में बड़ी पारा युक्त बैटरियों का उत्पादन जारी रखा जा सकता है यदि निर्माता बेकार बैटरियों को संग्रह करने के लिए एक प्रणाली और एक सुधार सुविधा प्रदान करते हैं।

स्थानापन्न

पाराऑक्साइड बैटरियों की बिक्री पर प्रतिबंध ने फोटोग्राफर के लिए कई समस्याएं उत्पन्न कीं जिनके उपकरण अधिकांशतः उनके लाभप्रद निर्वहन वक्र और लंबे जीवनकाल पर निर्भर करते थे। उपयोग किए गए विकल्प हैं जिंक-एयर बैटरी समान निर्वहन वक्र उच्च क्षमता किन्तु बहुत कम जीवनकाल (कुछ महीने), और शुष्क जलवायु में खराब प्रदर्शन; वोल्टेज के साथ क्षारीय बैटरी उनके जीवनकाल में व्यापक रूप से भिन्न होती है; और सिल्वर-ऑक्साइड बैटरी उच्च वोल्टेज (1.55 V) और बहुत सपाट निर्वहन वक्र के साथ जो उन्हें नए वोल्टेज के लिए मीटर को पुन: अंशांकित करने के बाद संभवतः सबसे अच्छा चूँकि मूल्यवान प्रतिस्थापन बनाता है।

वोल्टेज छोड़ने वाले शोट्की डायोड या जर्मेनियम डायोड के साथ विशेष एडेप्टर पारा बैटरी के लिए डिज़ाइन किए गए उपकरणों में सिल्वर ऑक्साइड बैटरी का उपयोग करने की अनुमति देते हैं। चूंकि वोल्टेज ड्रॉप वर्तमान प्रवाह का एक गैर-रैखिक कार्य है, डायोड उन अनुप्रयोगों के लिए बहुत स्पष्ट समाधान नहीं बनाते हैं जहां वर्तमान प्रवाह महत्वपूर्ण रूप से भिन्न होता है। पुराने कैडमियम सल्फाइड लाइट मीटर द्वारा खींची जाने वाली धाराएं सामान्यतः 10 μA से 200 μA श्रेणी (जैसे मिनोल्टा एसआर-टी उपकरण श्रृंखला) में होती हैं। सतह-माउंट प्रौद्योगिकी ट्रांजिस्टर का उपयोग कर विभिन्न प्रकार के सक्रिय वोल्टेज विनियमन परिपथ या एकीकृत परिपथ तैयार किए गए हैं, चूँकि उन्हें अधिकांशतः तंग बैटरी विभाग स्थान में एकीकृत करना कठिन होता है। प्रतिस्थापन को एक बैटरी कक्ष द्वारा उत्पा