![]() |
|
|
АККУМУЛЯТОРЫАККУМУЛЯТОРЫ электрические (от латинского accumulator- собиратель, накопитель), химический источники тока многократного действия. При заряде от внешний источника электрич. тока в аккумуляторе накапливается энергия, которая при разряде вследствие химический реакции непосредственно превращаются снова в электрическую и выделяется во внешний цепь. По принципу работы и основные элементам конструкции аккумуляторы не отличаются от гальванических элементов, но электродные реакции, а также суммарная токообразующая реакция в аккумуляторах обратимы. Поэтому после разряда аккумулятора может быть снова заряжен пропусканием тока в обратном направлении: на положит. электроде при этом образуется окислитель, на отрицательном-восстановитель. Наиб. распространены свинцовые аккумуляторы, часто называют также кислотными. Их действие
основано на реакции:
Электролит - раствор H2SO4 с концентрацией 12-24% по массе в разряженном состоянии и 28-40% в заряженном. Напряжение разомкнутой цепи (НРЦ) 1,95-2,15 В. Чаще всего применяют электроды из пасты, содержащей смесь Рb3О4 и РbО с H2SO4 (активная масса); эту пасту намазывают на профилированную сетку-токоотвод из сплава Рb с 2-12% Sb. Электроды формируют, пропуская через раствор электролита зарядный ток в определенном режиме; при этом на одном электроде образуется РbО2, на другом-Рb. Затем электроды отмывают и сушат в условиях, исключающих возможность окисления Рb. Аккумуляторы, собранные из таких электродов, после заливки у потребителя раствором H2SO4 готовы к эксплуатации без подзаряда (остальные виды аккумуляторов требуют дополнительной заряда). Применяют также панцирные электроды, в которых активная масса заключена в перфорированную пластмассовую или тканевую трубку. Первый свинцовый аккумулятор был создан Г. Планте в 1859. Сейчас более половины мирового производства Рb расходуется на изготовление свинцовых аккумуляторов с единичной емкостью 2-5000 А * ч и удельная энергией 25-40 Вт * ч/кг. Осн. достоинства таких аккумуляторов: относит. дешевизна, пологие разрядная и зарядная кривые, возможность работать в различные режимах разряда; недостаток - невысокий ресурс работы (число допустимых циклов заряд-разряд для стартерных аккумуляторов 100-300, для тяговых с панцирными электродами 800-1500). В конце заряда на электродах свинцового аккумулятора наблюдается заметное выделение газов, которые часто увлекают за собой туман из капель H2SO4. В связи с этим большое внимание уделяется созданию герметизированных свинцовых акуумуляторов. Щелочные никель-кадмиевые (НКА) и никельжелезные (НЖА) аккумуляторы по распространению
занимают второе место после свинцовых. Токообразующая реакция:
где M-Cd или Fe. Электролит-водный раствор КОН, в который иногда вводят LiOH для улучшения работоспособности окисноникелевого электрода. НРЦ составляет 1,30-1,34 В для НКА и 1,37-1,41 В для НЖА (спустя некоторое время после окончания заряда), удельная энергия 20-35 Вт*ч/кг. Щелочные аккумуляторы имеют, как правило, высокий ресурс - 1-2 тыс. циклов. Электроды может быть различные конструкции: ламельные, в которых активная масса заключена в плоские коробочки-ламели из перфорированной стальной ленты; спеченные, в которых активная масса вводится в поры основы, образуемой при спекании порошкообразного металлич. Ni; прессованные, в которых активную массу под давл. 35-60 МПа напрессовывают на стальную основу (толщина пластин 0,8-1,8 мм). НЖА используют в основные для изготовления тяговых аккумуляторных батарей большой емкости (до 1200 А * ч). Они дешевле НКА, но характеризуются повыш. саморазрядом из-за коррозии железа в щелочном растворе; кроме того, у них более низкие значения отдачи по току и по энергии. В НКА не наблюдается коррозии Cd и связанного с ней газовыделения, что обусловливает большую длительность сохранения заряженного состояния и возможность полной герметизации аккумулятора. Герметичные НКА выпускают емкостью от 0,01 до 160 А * ч. Их широко используют как источники электрич. энергии в приборах бытовой техники, средствах связи и т.п. Серебряно-цинковые аккумуляторы со щелочным электролитом имеют высокую удельная энергию (до 130 Вт*ч/кг) и способны разряжаться большими токами, но из-за высокой стоимости серебра нашли применение только в специальных отраслях, например в космической технике. Токообразующая реакция:
При заряде возможно также образование AgO. Поэтому на зарядных и разрядных кривых наблюдаются ступени, соответствующие реакциям с участием Ag2O и AgO. НРЦ 1,60-1,85 В, ресурс не превышает 100-200 циклов. Попытки замены Ag др. материалами привели к созданию никель-цинковых
аккумуляторах, в которых используют спеченный или прессованный окисноникелевый электрод
от НКА и цинковый электрод от серебряно-цинковых аккумуляторов. Токообразующая реакция:
НРЦ 1,74-1,78 В, удельная энергия ок. 60 Вт*ч/кг, ресурс ок. 300 циклов. Разрабатываемые варианты этих аккумуляторах предназначены в основные для электромобилей, но широкому использованию их мешает недостаточный пока ресурс работы. В никель-водородных аккумуляторах протекает следующей токообразующая реакция:
Выделяющийся при заряде Н2 накапливается под давлением. Поэтому блок с электродами помещают в стальной цилиндр, выдерживающий давления до 10 МПа. НРЦ 1,32-1,36 В, удельная энергия 50-60 Вт*ч/кг, ресурс несколько тысяч циклов. Из-за дороговизны производства такие аккумуляторы применяют пока только в космич. технике. Среди перспективных конструкций аккумуляторов с неводными электролитами Наиб. интерес
представляют серно-натриевые с твердым керамич. электролитом из алюминатов
натрия, обладающим проводимостью по ионам Na+ . Рабочая температура
такого аккумулятора 300-350°С. Токообразующая реакция:
НРЦ 2,08 В. Осн. трудность при разработке: создание технологии изготовления тонких, но достаточно стойких деталей из твердого электролита. Разрабатывают также высокотемпературные сульфид-железо-литиевые аккумуляторы; в них вместо твердого электролита применяют расплав солей, окислителями служат FeS или FeS2. По своим характеристикам эти аккумуляторы близки к серно-натриевым. Если требуется более высокое напряжение, чем у отдельного аккумулятора, применяют аккумуляторные батареи, состоящие из последовательно включенных аккумуляторов, имеющих общий корпус, выводы и маркировку. Батареи широко применяют в транспортных средствах для запуска двигателей, освещения и др. Тяговые батареи используют для силовых установок электрокаров, стационарные большой емкости-для электропитания телефонных сетей, в качестве аварийных источников электроэнергии на случай перебоев в электросети (например, в операционных). Малогабаритные герметичные батареи применяют для питания переносных радиоприемников и др. устройств. Большое внимание уделяется разработке батарей для электромобилей. Мировое производство одних лишь стартерных батарей из свинцовых аккумуляторов превышает 100 млн. штук в год. В отличие от гальванич. элементов аккумуляторы требуют ухода при эксплуатации: их необходимо заряжать, периодически доливать электролит и поддерживать постоянной его концентрацию, проводить тренировочные и контрольные зарядно-разрядные циклы и т.п. Разрабатывают так называемой малообслуживаемые и необслуживаемые аккумуляторы, уход за которыми упрощен. Химическая энциклопедия. Том 1 >> К списку статей |
[каталог] [статьи] [доска объявлений] [обратная связь] |
|
Введение в химию окружающей среды. Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей
среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги
заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в
разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности.
Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и
атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на
химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах.
Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии
университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга
читателей.
Химия и технология редких и рассеянных элементов. Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов
химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии
лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во
второй
части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана,
лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В
третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия,
тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание
уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В
технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика
рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов
производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие
составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по
1972 год включительно.
|
|