Upload
olegkozaderov
View
212
Download
3
Embed Size (px)
Citation preview
Вторичные химические источники тока
– после израсходования активных масс могут быть
приведены в рабочее состояние пропусканием электрического тока через элемент в обратном направлении
– многоразового использования
2
Вторичные ХИТ (аккумуляторы)
Свинцовые аккумуляторы
4
Первый действующий образец
1859 г., Гастон Плантэ (Франция)
Два свинцовых листа, разделенных полотняным сепаратором, свернутых в спираль и вставленных в банку с серной кислотой
5
Парциальные процессы на электродах
Анод – Губчатый свинец
H2SO4 → H+ + HSO4-
Pb + HSO4- = PbSO4 + H+ + 2e
Катод – Оксид свинца (IV) PbO2
PbO2 + 3H+ + HSO4- + 2e = PbSO4 + 2H2O
Электролит – Раствор H2SO4 (28-40%)
6
Токообразующая реакция
Pb + PbO2 + 2HSO4- + 2H+ = 2PbSO4 + 2H2O
или Pb + PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O Выводы: 1. При разряде расходуется серная кислота. 2. На обоих электродах образуется
малорастворимый сульфат свинца (II).
7
Напряжение разомкнутой цепи
( - ) Pb | H2SO4 | PbO2 (+)
Uр.ц = Е (совпадает с напряжением
электрохимической системы элемента!) Е = 2,047 + 2,3(RT/F) lg(aH2SO4/aH2O)
8
Плотность растворов серной кислоты
ρ, г/мл а(H2SO4) a(H2O) E, В
1,050 0,0069 0,96 1,922
1,334 118 0,48 2,190
Вывод: Измеряя плотность раствора электролита, можно судить о степени разряда свинцового аккумулятора
9
Особенности разряда и заряда свинцовых аккумуляторов. 1. Пассивация электродов
При малых токах разряда вместо рыхлого, пористого PbSO4 образуется плотный мелкокристаллический слой сульфата свинца – электроды пассивируются.
Для уменьшения пассивации вводят специальные добавки, адсорбирующиеся на поверхности свинца и способствующие росту более крупных кристаллов PbSO4
10
2. Осыпание активной массы электродов
Пассивация электродов при разряде может привести к осыпанию активной массы электродов при заряде.
Для уменьшения осыпания в активную массу катода вводят связующие волокнистые материалы
11
3. Сульфатация электродов
При хранении свинцового аккумулятора в разряженном состоянии и при систематических недозарядах происходит постепенный переход от рыхлого PbSO4 в плотный слой сульфата свинца. Аккумулятор с сульфатированными электродами трудно
поддается заряду, вместо восстановления по схеме PbSO4→Pb на отрицательном электроде начинается выделение Н2.
Избежать сульфатации можно, периодически подзаряжая аккумулятор.
Если электрод уже сульфатирован, то нужно заполнить аккумулятор РАЗБАВЛЕННОЙ серной кислотой или даже ДИСТИЛИРОВАННОЙ ВОДОЙ и заряжать малыми токами.
12
Конструкция свинцовых аккумуляторов
1 – эбонитовый корпус 2 – цельная крышка корпуса 3 –положительный зажим 4 – указатель уровня электролита 5 – вентиляционно-заливная пробка 6 – отрицательный зажим 7 – перегородка (сепаратор) 8 – соединитель 9 – скрепляющая скоба 10 – отрицательная пластина 11 – разделительная прокладка 12 – положительная пластина 13 – отстойная камера.
13
Уход и эксплуатация
1. Хранить только в ЗАРЯЖЕННОМ состоянии
2. Регулярно доливать ДИСТИЛЛИРОВАННУЮ ВОДУ При коррозии свинца и при перезаряде вода
разлагается 3. Помещение, в котором производится
заряд, должно хорошо вентилироваться (выделяются токсичные стибин SbH3 и арсин AsH3)
Литиевые аккумуляторы
Проблема циклирования литиевого анода
в качестве отрицательного электрода предполагалось использовать металлический литий
ПРОБЛЕМА: защитная поверхностная пленка, благодаря которой Li может существовать в окружающей среде, в данном случае играет негативную роль
– литий, выделяющийся из раствора при заряде, сразу покрывается пленкой
– катодный осадок лития, образованный при заряде аккумулятора, состоит из отдельных частиц, электрически изолированных друг от друга и не способных к повторному анодному растворению
– этот осадок пожаро- и взрывоопасен в настоящее время аккумуляторы с металлическим литием
производят в довольно ограниченном объеме
Взрыв литиевого ХИТ
Взрыв литиевой батареи ноутбука Dell
Решение проблемы: литий-ионный аккумулятор
Растворитель – органический карбонатный (например, пропиленкарбонат)
Электролит – LiPF6 Анод –углеродная матрица, в которую ионы лития
внедряются при заряде и извлекаются обратно при разряде Катод – литированный оксид переходного металла,
например LiCoO2
Решение проблемы: литий-ионный аккумулятор
Токообразующая реакция: непрерывная перекачка ионов Li+
на катоде Li1-xCoO2 + xLi+ + xē
↔ LiCoO2 на аноде LiC6 ↔ Li1-xC6 + xLi+ +
xē суммарная реакция
LiC6 + Li1-xCoO2 ↔ Li1-xC6 + LiCoO2
Характеристики литий-ионных аккумуляторов
+ высокое разрядное напряжение 3,5-3,7 В
+ ресурс 500-1000 циклов + диапазон рабочих температур
от –20°С до +60°С + нижний порог напряжения 2,0
- 2,5 В − LiCoO2 токсичен и почти в 10
раз дороже других оксидов + LiNiO2 и LiMn2O4 дешевле и
экологически оправданны
Применение
Электропитание портативной электроники – сотовых телефонов – видео- аудио- фототехники – ноутбуков (лэптопов) – беспроводного электроинструмента
в 2000 году 67% всех Li-ion аккумуляторов было предназначено для сотовых телефонов, 24% – для ноутбуков и 9% приходилось на все остальные области применения
В военной и космической технике Автомобильный транспорт
– развитие принципиально нового транспорта (сверхэкономичного, экологически чистого) - автомобилей с гибридной энергоустановкой и электромобилей - обусловлен, в том числе, развитием литий-ионных аккумуляторов