Реферат: Химические способы аккумуляции энергии
Активная масса помещается либо в свинцовые решетки – токоотводы (пастированные или намазные электроды), либо в перфорированные свинцовые коробки (коробчатые электроды), либо в перфорированные полимерные трубки со свинцовыми токоотводами в центрах трубок (панцирные электроды). Для улучшения механических и литейных свойств в состав токоотводов обычно добавляют небольшие количества сурьмы. Кроме того, применяются поверхностные электроды, у которых активная масса формируется непосредственно на поверхности свинцовых пластин.[3]
Для свинцовых аккумуляторов характерно сильное разбавление электролита во время разряда из-за потребления серной кислоты и образования воды. В заряженных аккумуляторах концентрация серной кислоты равна 28 - 40 % (в зависимости от типа). Чем меньше объем электролита по сравнению с количеством активных масс электродов, тем сильнее снижается концентрация при разряде; в конце разряда она колеблется от 12 до 24 %. Степень снижения концентрации для данного аккумулятора однозначно связана с количеством протекшего электричества. Поэтому измерение концентрации или плотности электролита служит удобным и точным средством определения степени заряженности аккумулятора. В этом отношении свинцовый аккумулятор выгодно отличается от других аккумуляторов. В ходе разряда объем электролита уменьшается примерно на 1 мл на каждый ампер-час. .[4]
В последнее время также активно разрабатываются свинцово-водородные аккумуляторы.
Экономия свинца в свинцовых аккумуляторах может быть обеспечена при замене отрицательного свинцового электрода на водородный.
Электрохимическая система:
PbO2 | H2 SO4 | H2 , Me.
Работа свинцово-водородного аккумулятора аналогична работе никель-водородного аккумулятора (работа никель-водородного аккумулятора рассмотрена ниже). При разряде аккумулятора выделяется водород, который заполняет все свободное пространство аккумулятора, при этом возрастает давление. На положительном электроде образуется протонированный диоксид свинца. При разряде аккумулятора реакции идут в обратном направлении. В качестве материала отрицательного электрода используется уголь с платиновым катализатором. Предварительные оценки показывают, что удельная энергия аккумулятора приближается к удельной энергии никель-водородного аккумулятора, но свинцово-водородный аккумулятор дешевле.
2.3.2. Щелочные никель-кадмиевые и никель-железные аккумуляторы.
Электрохимические системы щелочных аккумуляторов включают в себя гидроксид никеля, кадмий или железо и гидроксид калия или натрия.
Токообразующие реакции:
2NiOOH + Cd + 2H2 O = 2 Ni(OH)2 + Cd(OH)2,
2NiOOH + Fe + 2H2 O = 2 Ni(OH)2 + Fe(OH)2.
Щелочные аккумуляторы выпускаются в ламельном и безламельном исполнениях. В первом случае активные вещества заключены в перфорированные коробки-ламели. Во втором случае применяются спеченные электроды, это повышает затраты на аккумулятор. Электролитом служит раствор гидроксида калия.
Никель-кадмиевые аккумуляторы имеют более высокую удельную мощность, меньший саморазряд, чем никель-железные аккумуляторы. В отличие от никель-железных аккумуляторов, никель-кадмиевые аккумуляторы сохраняют работоспособность и при температурах ниже нуля. Ресурс аккумуляторов составляет 100 – 500 циклов, срок службы 8 – 10 лет.
2.3.3. Никель-цинковые аккумуляторы.
Интерес к аккумуляторам этого типа сильно возрос в последнее время в связи с разработкой электромобилей. Сейчас они выпускаются небольшими сериями. Токообразующая реакция аккумулятора может быть записана уравнением
2NiOOH + Zn + 2H2 O = 2 Ni(OH)2 + ZnO
В качестве электролита используется гидроксид калия. Аккумулятор работает при температурах, близких к комнатным.
Ухудшение характеристик таких аккумуляторов связано с отравляющим действием цинкат-ионов на положительный электрод, перемещением активной массы цинка, разрушением сепаратора и другими факторами.
Для повышения ресурса используют стабильные сепараторы.
2.3.4. Никель-водородные аккумуляторы.
Никель-водородные аккумуляторы были предложены в СССР в 1964 году . Сейчас они выпускаются во многих странах небольшими сериями. [2]
Токообразующая реакция:
2NiOOH + H2 = 2 Ni(OH)2.
Аккумулятор состоит из металлокерамического оксидно-никелевого электрода, матричного электролита (гидроксид калия в асбесте или в титанате калия) и пористого водородного отрицательного электрода с катализатором (платиной или скелетным никелем).
К недостаткам аккумулятора следует отнести высокий саморазряд из-за взаимодействия водорода с гидроксидом никеля.
Помимо упомянутых, большой интерес представляют низкотемпературные галогенно-цинковые, а также высокотемпературные серно-натриевые аккумуляторы.
2.3.5. Хлор-цинковые аккумуляторы.
Хлорный электрод имеет положительное значение потенциала и высокую электрохимическую активность, поэтому был предметом изучения специалистами, работающими в области химических источников тока.