수은전지(酸化水銀電池, mercury cell, mercury oxide cell, Quecksilberoxydzelle) 미국의 S.루벤에 의해 1947년 고안되어 P.R.맬로리사(社)에 의해서 제조된 1차전지이다. 루벤전지 ·RM전지 ·수은건전지, 아연/산화수은전지라고도 한다. 모양이 작은 단추처럼 생겼다고 해서 일명 단추전지라고도 부른다. 소형으로 만들 수 있기 때문에 보청기, 휴대용 라디오, 테이프리코더, 무선마이크나 카메라의 노출계 등에 널리 사용되고 있다. 음전극에 아연, 양전극에 산화수은, 전해액에 산화아연과 수산화칼륨을 사용한다.
기전력은 사용하는 동안 거의 일정하며 약 1.35 V이다. 소형으로 전기용량이 큰 것을 만들 수 있고, 사용 중 전압이 일정하며, 고온, 예를 들면 100 ℃에서도 완전히 사용할 수 있다. 자체 방전이 적어, 제조 후 1년 정도 경과하더라도 용량이 거의 감소하지 않는 등의 특징이 있다. 모양은 편평한 것과 원통형이 있다.
수은전지는 내용물 유출 시에 수은이 환경오염을 일으킬 수 있기 때문에 90년대 이후에 사용 금지되어 있고, 전 세계적으로도 생산하는 국가가 현재는 없다. 현재는 수은전지의 역할은 동일한 형태의 알칼라인이나 산화은(Ag2O) 전지로 전부 대체되었다.
수은전지는 산화수은을 양극 활물질로 하고, 수산화 칼륨 또는 수산화 나트륨 수용액을 전해액으로 하며, 아연을 음극 활 물질로 사용하고 있다. 1942년 미국의 루벤에 의해 발명되었고, 미국의 PR 말로리 사에 의해서 생산이 시작되었다. 1965년 내쇼날 말로리 전지(후에 마쓰시다 마이크로 전지로 개칭) 를 설립하여 생산을 본격화하였다. 또 1980년에 전해 산화법에 의한 고밀도 산화수은이 개발되어 수은전지의 고성능화가 한층 진전되었다. 아연을 음극으로 하는 1차전지 가운데서도 대단히 높은 에너지 밀도를 가지며, 또 뛰어난 전압 안정성으로 1960~1970년대의 소형 일렉트로닉스 기기의 주요 전원으로서 사용되었다. 그러나 1980년대의 수은의 공해에 대한 이미지 때문에 사용이 억제되었다. 수은 전지의 용도의 80% 이상을 점유한 보청기용 전지의 생산을 1993년 말로 중지하고, 보청기용은 공기 전지로 대체했다. 따라서 1995년말에는 수은 전지의 생산은 전면적으로 중지되었다.
재료와 구조[편집]
수은전지의 양극합제는 1.35V와 1.4V의 2조류의 조성으로 크게 나누어진다. NR 타입의 양극은 산화 제2수은과 흑연에 다시 이산화망간을 가한것이다. 전해법에 의한 산화수은의 겉보기 밀도는, 지금까지 사용해 왔던 건식법 산화수은과 비교해서 약 1.7배인 5.0~5.5g/cm3 이기 때문에, 전지 용적중의 양극 합제의 충전량을 증대시킬 수가 있고 전기용량도 증대한다. 음극 아연은 기상 아토마이즈법으로 제조한 아연 입(입도 100~300um) 을 수은으로 아말감하고 또 CMC를 1~2% 첨가하여 겔상으로 사용한다. 또 아말감화 한, 아연입을 가압하여 다공체의 원통상으로 성형하여 사용하는 경우도 있다. 세퍼레이터는 함액성이 뛰어난 비닐론이나 알파화 펄프를 원료로 하였다.
내 알칼리성의 부직포와 방전시에 발생되는 미립 수은의 투과 방지를 목적으로 한 재료가 사용된다. 전해액은 산화 아연을 포화 가까이 용해한 수산화 칼륨 수용액 (농도35~40%) 또는 수산화 나트륨 수용액 (농도 30~35%) 이다. 상기 재료는 용도 또는 구조에 따라 재질, 가공 방법이 결정된다.[1]
수은 전지는 방전 전압의 평탄성이 특히 뛰어난 특징을 살려, 측정 기기의 기준전원이나 카메라의 노출계용 전원으로서 쓰여왔다. 또 소형이면서 대용량이기 때문에 소형 라디오, 무선 마이크 등에도 쓰이나, 그 중에서도 소형 보청기의 전원으로서 중요한 역할을 해왔다. 그러나 환경에 대한 문제와 자원의 유효 활용면에서 사용랴의 약 80%인 보청기용은 전기 용량이 보다 큰, 공기 전지로 대체가 진행되고, 카메라용도 산화은전지나 리튬전지가 그 주류가 되었다.[1]
전지반응[편집]
수은전지의 반응식은 아래와 같다.
- 음극에서의 반응은 Zn + 2OH : ZnO + H²O + 2e⁻
- 양극에서의 반응은 HgO + H²O + 2e⁻ : Hg + 2OH⁻
- 전체 반응식은 Zn + HgO : ZnO + Hg
식에서 분명한 바와 같이, 방전 반응으로 전해액이 소비되지 않기 때문에 전지 내부의 전해액량을 적게 하고, 활물질을 많이 충전할 수가 있다.[1]
참고자료[편집]
같이 보기[편집]
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