Элементы с литиевыми анодами

Классификация ХИТ

► Первичные, или гальванические элементы

– одноразового действия; работают, пока есть запас активных реагентов. Процессы на аноде и катоде – необратимые.

► Вторичные, или аккумуляторы

– работают в режиме заряда-разряда.

Выдерживают большое число циклов. При разряде работают как источник тока, при заряде – как электролизер. Процессы на электродах – обратимые.

► Топливные элементы

– работают, пока подводятся реагенты (топливо и окислитель) к электродам. Работают как источник тока. Реагенты хранятся вне ТЭ.

Преимущества ХИТ :

● автономность -возможность использованияв космосе и под водой, в переносных устройствах , медицине, на транспорте и т. п.;

● высокий КПД;

● бесшумность;

● экологичность - относительная безвредность.

Основные характеристики ХИТ

► ЭДС Е_Э , (В) – электродвижущая силаравнаразности равновесных потенциалов катода и анода. Е_Э = Е^р_К - Е^р_А

Определяется термодинамикой процессов в ХИТ.

Е_э = -ΔG/nF ; Е_э⁰ = -ΔG⁰/nF

► Напряжение U, (В) - всегда меньше ЭДС :

U= Е_Э - ∆E - I(R₁+R₂)

При разряде напряжение элемента постепенно снижается.

Чем меньше изменение напряжения Þ тем лучше элемент.

► Емкость элемента Q ,(Кл, А.ч) – количество электричества, которое ХИТ отдает при разряде.

Q = f { - массы запасенных реагентов в элементе;

{ - степени их превращения.

При ↑I и ↓Т Þ ↓ степень превращения, ↓емкость элемента.

► Удельная емкость q, (А.ч/кг)– емкость, отнесенная к единице массы или объема элемента.

Более высокую q можно получить в элементах с малой m.

► Энергия элемента W, (Вт.ч) – равна произведению его емкости на напряжение: W= Q ^. U

► Удельная энергия w , ( Вт.ч/кг или Вт.ч/м³) - энергия, отнесенная к единице массы или объема элемента.

При ↑I Þ ↓U Þ ↓W , ↓w .

Более высокую w можно получить в элементах с:

- малой m ,

- большой ЭДС, Е_Э,

- высокой степенью превращения реагентов.

►Мощность элемента P , (Вт) – энергия, отдаваемая за единицу времени.

Р = U^. I = ( Е_Э – ΔE – IR) ^.I

Все факторы, повышающие напряжение элемента Þ увеличивают его мощность.

Зависимость Р = f ( I ) проходит через максимум.

► Удельная мощность , ( Вт/кг или Вт/м³) – мощность, отнесенная к массе или объему элемента.

► Сохраняемость – срок хранения ХИТ, в течение которого его характеристики остаются в заданных пределах.

Требования к современным ХИТ :

· Возможно большая величина ЭДС;

· Возможно меньшее отклонение напряжения от ЭДС при разряде;

· Большая удельная емкость ;

· Максимально высокая удельная энергия;

· Максимально высокая удельная мощность;

· Максимально низкий саморазряд (потеря емкости ХИТ при разомкнутой цепи за счет протекания побочных реакций);

· Хорошая сохраняемость (для гальванических элементов) и длительный ресурс (для топливных элементов и аккумуляторов).

Гальванические элементы - первичные элементы.

Реагенты (окислитель и восстановитель)

входят непосредственно в состав гальванического элемента,

расходуются в процессе его работы.

Может работать непрерывно или с перерывами.

После расхода реагентов элемент не может больше работать.

Þ это источник тока одноразового действия.

Примеры:

«Сухой» марганцево - цинковый элемент

- широко применяется для питания радиоаппаратуры, аппаратуры связи, магнитофонов, карманных фонарей и др.

Анод - цинковый электрод;

катод - электрод из смеси диоксида марганца с графитом (МnО₂+С);

токоотвод - графит;

электролит - паста из раствора хлорида аммония NH₄Cl с загустителем или бумага, пропитанная раствором NH₄Cl .

Устройство первичного элемента МnО₂- Zn с солевым электролитом:

1 - цинковый анод; 2 - электролит; 3 – катод (МnО₂+С);

4 – графитовый токоотвод катода; 5 - пространство для сбора газов; 6 - крышка; 7 - уплотнение; 8 - стойка; 9 - футляр; 10 – дно.

Схема элемента:

(-) Zn | NH₄Cl| MnO₂ , С (+)

на аноде - окисление цинка:

Zn + 2NH₄⁺-2e→[Zn(NH₃)₂]²⁺+2H⁺

на катоде - Мn(IV) восстанавливается до Мn(III):

2MnO₂+ 2H⁺ + 2e → 2MnOOH

Суммарное уравнение ТОР:

Zn + 2NH₄Cl + 2MnO₂ = [Zn(NH₃)₂]Cl₂ + 2MnOOH

Щелочной марганцево-цинковый элемент

- такой же элемент, но с щелочным электролитом.

Его характеристики лучше.

Схема элемента:

(-) Zn | КОН | MnO₂ , С (+)

на аноде - окисление цинка:

Zn + 2OH ^--2e→ Zn(OH)₂ = ZnO+H₂O,

на катоде - Мn(IV) восстанавливается до Мn(III):

MnO₂+ H₂O + e → MnOOH+ OH^-

Элементы с литиевыми анодами

– разработаны в последние десятилетия. Большой прогресс, так как имеют существенно более высокие характеристики, особенно при низких температурах.

Электролиты – обязательно неводные (пропиленкарбонат ПК, тионилхлорид и др.), т.к. в присутствии воды или кислорода литий быстро окисляется. Необходима полная герметичность при изготовлении и использовании.

Катодные материалы – на основе MnO₂, FeS₂, CF_x , SOCl₂

Преимущества:

● стабильное напряжение,

● высокая удельная энергия,

● длительная сохраняемость,

● способность работать при отрицательных Т (до -50^оС).

12

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:

©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.