수은전지

수은건전지

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.

개요

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

수은전지 구조

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.

용도

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.

전지반응

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.

참고자료

• 〈수은전지〉, 《두산백과》
• 〈수은 전지〉, 《화학백과》

같이 보기

• 단추형 전지
• 1차전지

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