Вторичные химические источники тока

1. Свинцовые аккумуляторы

2

Первый действующий образец

1859 г., Гастон Плантэ (Франция)

Два свинцовых листа, разделенных полотняным сепаратором, свернутых в спираль и вставленных в банку с серной кислотой

3

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%)

4

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).

5

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)

6

Плотность растворов серной кислоты

, 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 свинцовогоаккумулятора

7

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

8

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

9

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 PbSO4Pb 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.

10

Конструкция свинцовых аккумуляторов

1 – эбонитовый корпус2 – цельная крышка корпуса3 –положительный зажим4 – указатель уровня электролита5 – вентиляционно-заливная пробка6 – отрицательный зажим7 – перегородка (сепаратор)8 – соединитель9 – скрепляющая скоба10 – отрицательная пластина 11 – разделительная прокладка12 – положительная пластина13 – отстойная камера.

11

12

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)

13

2. Никель-кадмиевые (НК; Ni-Cd) и никель-железные (НЖ; Ni-Fe) аккумуляторы

Первый патент– 1899 г., В. Юнгнер

(Швеция) – НК– 1901 г., Т.-А. Эдисон

(США) – НЖ

14

Электрохимические и другие физико-химические процессы

Парциальные электродные реакцииКатод: 2NiOOH + 2H2O +2e = 2Ni(OH)2 + 2OH-

Анод: Me + 2OH- = Me(OH)2 + 2e

Суммарная токообразующая реакция2NiOOH + 2H2O + Me = 2Ni(OH)2 + Me(OH)2

Me = Cd или Fe

15

Конструкция НК- и НЖ-аккумуляторов

Катод – NiOOH (с добавками природного чешуйчатого графита)

Анод – Cd или Fe (в отличие от кадмия железо может корродировать)

Электролит – 20-22% KOH

16

Образцы НК- и НЖ-аккумуляторов

17

Применение НК- и НЖ-аккумуляторов: компактные компьютеры

Предок нынешних сверхкомпактныхперсональных компьютеров –Epson HX-20 (1981 год !)

18

Применение НК- и НЖ-аккумуляторов: мобильные телефоны

Первый народный GSM-телефон Nokia 1011 (1992 год !)

19

Особенности ухода и эксплуатации

Могут храниться без необратимых изменений как в заряженном, так и в разряженном или полуразряженном состоянии

По плотности электролита нельзя определить степень разряженности аккумулятора

Герметичные аккумуляторы не нуждаются в уходе

Негерметичные аккумуляторы требуют периодической доливки дистиллированной воды