Применение: электронная аппаратура, часы, портативные ЭВМ, кинокамеры, медицинские приборы, военная техника.

ПРИМЕР гальванический элемент Li / SOCl₂

Схема элемента:

(-) Li | LiAlCl₄ ,SOCl₂ | SOCl₂ (+)

Токообразующая реакция:

2SOCl₂ + 4Li → S + SO₂ + 4LiCl

на аноде - окисление лития:

Li – e → Li⁺

на катоде - восстанов­ление тионилхлорида SOCl₂ :

2SOCl₂ +4е→S + SO₂ + 4Cl^-

Параметры первичных элементов

..…Аккумуляторы – вторичные ХИТ.

В аккумуляторах под воздействием внешнего источника тока накапливается (аккумулируется) химическая энергия (заряд аккумулятора), которая затем самопроизвольно переходит в электриче­скую (разряд аккумулятора).

…при заряде аккумулятор работает как электролизер,

…при раз­ряде - как гальванический элемент .

Процессы заряда-разряда аккумуляторов осуще­ствляются

Многократно.

Примеры:

Свинцовые кислотные ак­кумуляторы.

Наиболее распространены в настоящее время: - стартерные,

- стационарные.

Электролит - раствор Н₂SО₄ (поэтому «кислотный»).

Электроды - свинцовые решетки с активной массой из РbSО₄, разделены раствором Н₂SО₄ и по­ристыми сепараторами.

(Решетки вначале за­полняются оксидом свинца, который при взаимодействии с Н₂SО₄ превраща­ется в РbSО₄).

Аккумуляторы соединяют в батарею, которую поме­щают в баки из эбонита или полипропилена.

Процессы на электродах:

На отрицательном электроде при работе аккумулятора протекают реакции, при которых степень окисления свинца меняется от +2 до 0 и обратно:

+2 заряд 0

РbSO₄ +2е Pb + SО₄^2-; Е⁰_Рb/PbSО4= - 0,36 В,

Разряд

(-) электрод: при заряде – катод;

При разряде – анод.

На положительном электроде степень окисления свинца меняется от +2 до +4 и обратно:

+2 заряд +4

РbSO₄ + Н₂О PbО₂ + SО₄^2- + 4Н⁺+ 2e;

разряд Е°_{РbО2/PbSО4} = 1,68 В.

(+) электрод: при заряде – анод;

При разряде – катод.

Суммарная реакция в аккумуляторе:

Заряд

2РbSO₄ + 2Н₂О Рb + PbО₂ + 4Н⁺ + 2SО₄^2-

Разряд

ЭДС аккумулятора

= разности потенциалов электродов, может быть рассчитана по уравнению:

где Е⁰_э = Е⁰_{РbО2/РbSО4}– Е⁰_РbSО4/Рb = 1,68 В - (- 0,36) В = 2,04 В.

Е_э – зависит от концентрации H₂SO₄, оптимум -32-39%

При заряде U_заряда=Е_Э + ∆E + I(R₁+R₂) Þ U_заряда >Е_Э

При разряде U_{разряда}=Е_Э - ∆E - I(R₁+R₂) Þ U_{разряда}< Е_Э

 

Достоинства свинцовых аккумуляторов:

● высокий КПД (около 80 %),

● высокая ЭДС,

● относительно малое ее изменение при разряде,

● простота,

● невысокая цена.

Недос­татки свинцовых аккумуляторов:

● небольшая удельная энергия,

● саморазряд аккумулятора при хранении,

● малый срок службы (2 - 5 лет).

 

Щелочные никель-кадмиевые и никель-железные

Аккумуляторы .

 

(+) электрод содержит гидроксид никеля,

(- ) электрод - соответственно кадмий или железо.

Ионный проводник – 20-23% раствор КОН.

Суммарные реакции (в упрощенном виде):

→ разряд

2NiOOH + Cd + 2H₂О↔ 2Ni(OH)₂ + Cd(OH)₂ , E⁰ = 1,45 В

← заряд

→ разряд

2NiOOH + Fe + 2H₂O ↔ 2Ni(OH)₂ + Fe(OH)₂ , E⁰ = 1,48 В

← заряд

Достоинства:

● большой срок службы,

● высокая механич.прочность.

Недостатки:

● невысокие КПД,

● невысокое напряжение,

● токсичность Cd.

Литий-ионные аккумуляторы

– разработаны в последнее время.

Отрицательный электрод – литий.

Положительный электрод – на базе оксидов ванадия,

Никеля, кобальта, марганца.

Неводный раствор электролита: пропиленкарбонат,

Этиленкарбонат, диэтилкарбонат

 

На электродах происходит интеркалация - внедрение в

кристаллическую решетку (соответственно, в оксиды и графит) ионов лития:

→ разряд

На (- ) электроде: Li_xC ↔ xLi⁺ + C + xe

← заряд

→ разряд

На (+) электроде: xLi⁺ + MO_n+ xe ↔ Li_xMO_n

← заряд

Суммарно: Li_xC + MO_n↔ C + Li_xMO_n

Достоинства: высокая удельная энергия.

Недостаток: работают пока на малых токах (электронная, слаботочная аппаратура).

Параметры аккумуляторов

Электрохимичес- кая система	Среднее, В напряжение	Удельная Вт.ч/кг	энергия Вт.ч/м3	КПД, %	Наработка, циклы
Pb|H2SO4|PbO2 Cd|KOH|NiOOH Fe|KOH|NiOOH Zn|KOH|NiOOH MHx|KOH|NiOOH LixC|LiAsF6,ЭК+ДЭК |LixCoO2 ЭК – этиленкарбонат ДЭК - диэтилкарбонат	2,0-1,8 1,24-1,2 1,3-1,2 1,6-1,5 1,26-1,2 3,0-2,5	10 –35 10-38 20-35 50-70 40-70 80-120	20-75 40-80 40-75 100-150 60-120 160-200	70-80 55-65 50-55 70-75 60-70 60-70	300-1000 500-2500 500-2500 200-300 до 500 до 500

 

 

…Топливные элементы.

В топлив­ных элементах (ТЭ) окислитель и восстановитель хранятся вне элемента,

в процессе ра­боты подаются к электродам.

Þ топливный элемент может ра­ботать длительное время.

На электродах

Химическая энергия .

восстановителя (топлива) Þ в электрическую энергию.

и окисли­теля .

 

Восстановители (топливо), жидкие или газо­образные, - водород, метанол, метан, в последние годы некоторые другие восстановители, например боргидрид натрия.

Окислители - обычно кислород воздуха.

 

12

---

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:

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