Berezka7km.ru

Березка 7км
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Тепловой химический источник тока

Тепловой химический источник тока

Тепловой химический источник тока

Изобретение относится к области электротехники, к области резервных химических источников тока на твердом теле и может быть использовано для изготовления теплового источника тока с ионной проводимостью. Согласно изобретению тепловой источник тока содержит блок электрохимических элементов (ЭХЭ) в корпусе с теплоизоляцией, каждый из которых содержит последовательно чередующиеся твердые слои анода, катода, электролита, нагревательных элементов в расчетном количестве, снабженных теплоизоляцией. Блок электрохимических элементов жестко фиксирован на крышке цилиндрического корпуса вдоль вертикальной оси его, в качестве основных нагревательных элементов между слоями электрохимических элементов установлены пиронагреватели, которые выполнены из материала на основе смеси мелкодисперсного титанового и алюминиевого порошков и/или их соли, которые соединены с системой активации из электровоспламенителей для инициирования ЭХЭ. Дополнительно по внешнему контуру блока электрохимических элементов выполнен пиронагревательный элемент в виде втулки из материала основных нагревательных элементов, теплоизоляция блока электрохимических элементов выполнена составной из слоев мелкозернистого кварцевого волокна и нетканого волокнистого пресс-материала, пиротехническая втулка внутри и снаружи снабжена указанными слоями теплоизоляции, а на общем основании, жестко фиксированном на крышке корпуса, смонтированы электровоспламенители для активации и индикатор рабочего состояния, по торцам блока ЭХЭ установлены по одному пассивному ЭХЭ, электрически не соединенному с другими ЭХЭ. Техническим результатом является обеспечение требований по массово-габаритным ограничениям, повышения ресурса работы за счет стабилизации теплового режима, энергоемкости при одновременном сохранении электрохимических характеристик. 1 ил., 1 табл.

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике, к области резервных химических источников тока на твердом теле и может быть использовано для изготовления теплового источника тока с ионной проводимостью.

Известно устройство теплового источника тока, содержащего блок электрохимических элементов, каждый из которых снабжен твердыми слоями анода, катода, электролита, с теплонагревательными элементами между ними, ограниченными с внешней стороны общим корпусом (патент РФ №1833080, МПК H01M 6/20, публ. 05.10.1995 г., БИ 28/95).

Недостатками данного устройства являются недостаточно высокие показатели энергоемкости и непродолжительные периоды работы и гарантийного срока хранения.

Известно в качестве наиболее близкого по технической сущности к заявляемому устройство теплового источника тока (ТХИТ) (патент РФ №2091918, МПК H01M 6/36, публ. 27.09.1997 г., БИ №27/97), содержащего блок электрохимических элементов, каждый из которых снабжен твердыми слоями анода, катода, электролита, нагревательных элементов, ограниченными с внешней стороны общим корпусом с теплоизоляцией.

К недостаткам прототипа относятся невысокие показатели энергоемкости, невысокий ресурс работы и уровень электрохимических характеристик теплового химического источника тока (ТХИТ).

Задачей авторов предлагаемого изобретения является разработка ТХИТ, обеспечивающего требования по массово-габаритным ограничениям с повышенным ресурсом работы, повышенной энергоемкостью при одновременном сохранении электрохимических характеристик.

Новый технический результат, получаемый при использовании предлагаемого изобретения, заключается в обеспечении требований по массово-габаритным ограничениям, повышении ресурса работы за счет стабилизации теплового режима и энергоемкости при одновременном сохранении электрохимических характеристик.

Указанные задача и новый технический результат достигаются тем, что в отличие

от известной конструкции теплового источника тока, содержащего блок электрохимических элементов в корпусе с теплоизоляцией, каждый из которых снабжен твердыми слоями анода, катода, электролита, нагревательных элементов, ограниченными с внешней стороны общим корпусом с крышкой, в предлагаемой конструкцией, блок электрохимических элементов жестко фиксирован на крышке корпуса вдоль вертикальной оси его, в качестве основных нагревательных элементов между слоями электрохимических элементов установлены пиронагреватели, которые выполнены из материала на основе смеси мелкодисперсного титанового и алюминиевого порошков, дополнительно по внешнему контуру блока электрохимических элементов выполнен пиронагревательный элемент в виде втулки из материала основных нагревательных элементов, теплоизоляция теплового источника тока выполнена составной из слоев мелкозернистого кварцевого волокна и нетканого теплостойкого волокнистого пресс-материала, пиротехническая втулка расположена между указанными слоями теплоизоляции, а на общем основании, жестко фиксированном на крышке корпуса, смонтированы электровоспламенители для активации ТХИТ и индикатор рабочего состояния, по торцам блока ЭХЭ установлены по одному пассивному ЭХЭ, электрически не соединенному с другими ЭХЭ.

Предлагаемая конструкция ТХИТ поясняется следующим образом.

На чертеже представлен вид предлагаемого теплового химического источника тока, где 1 — цилиндрический корпус, выполненный преимущественно из стали, на котором жестко фиксирована, например сваркой, крышка 2, ограничивающая собой герметичное пространство ТХИТ. Вдоль вертикальной оси цилиндрического корпуса в герметичном пространстве источника установлен и жестко фиксирован блок электрохимических элементов (ЭХЭ) 3. Блок электрохимических элементов состоит из расчетного количества чередующихся последовательно собственно электрохимических элементов и нагревательных элементов. Каждый ЭХЭ представляет собой пресс-пакет из твердых слоев анода, электролита и катода. Для нагрева блока ЭХЭ до рабочей температуры и обеспечения электрической связи между ними установлены пиронагреватели, которые выполнены из материала на основе смеси мелкодисперсного титанового и алюминиевого порошков. Каждый слой пиронагревательного элемента представляет собой запрессованный в металлическую оболочку тепловыделяющий пиротехнический состав. Система пиронагевательных элементов задействуется при срабатывании электровоспламенителей (ЭВ) 4 и пиротехнических соединительных элементов 6. Для сохранения необходимой рабочей температуры в блоке ЭХЭ в период работы ТХИТ по внутренним поверхностям цилиндрического корпуса 1 и крышки 2 установлены в качестве составной теплоизоляции теплоизоляционные элементы 8, 9, 10, при этом крышка 2 электро- и теплоизолирована теплоизоляционным материалом 11, 12.

Читайте так же:
Тепловое реле тока трт вл80с служат для

Корпус 1 и крышка 2 выполнены из стали с толщиной стенок от 0,5 мм до 1 мм, что, как подтверждено экспериментально, оптимально для обеспечения достаточной механической прочности ТХИТ и для соблюдения заданных ограничений по массе.

Блок ЭХЭ теплоизолирован со всех сторон теплоизоляционным материалом, состоящим из слоев мелкозернистого кварцевого волокна, имеющим низкий коэффициент теплопроводности.

В тепловом источнике на общем основании 5 установлены элементы системы активации с электровоспламенителями (ЭВ) 4 и индикатор контрля 7 рабочего состояния ТХИТ. Для обеспечения требуемого времени работы ТИТ по торцам блока ЭХЭ установлены по одному пассивному ЭХЭ (электрически не соединенному с другими ЭХЭ), что способствует стабилизации теплового режима по оси блока ЭХЭ.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. При подаче импульса тока на электрический мостик ЭВ от постороннего источника тока срабатывает ЭВ и дает форс пламени на систему пиротехнических соединительных элементов 6, выполненных в виде пиротехнической ленты, при горении которых воспламеняются пиронагревательные элементы, установленные между слоями ЭХЭ. При достижении рабочей температуры электролит становится ионопроводящим, а на ЭХЭ возникает разность потенциалов, после нарастания которой до требуемой величины ТХИТ готов к работе.

Высокие температуры ионных расплавов, использование энергоемких электрохимических пар (LiB-NiCl2), как это было экспериментально показано, обеспечивает в предлагаемом тепловом химическом источнике тока высокие удельные показатели — рабочие напряжения (2,1-2,6 В на один элемент) и значительные плотности тока разряда (до 0,5 А/см 2 в импульсном режиме), что значительно превышает показатели прототипа.

Таким образом, при использовании предлагаемого теплового источника тока обеспечиваются требования по массово-габаритным ограничениям, повышение ресурса работы и энергоемкости за счет стабилизации теплового режима при одновременном сохранении электрохимических характеристик.

Возможность промышленной реализации предлагаемого теплового химического источника тока подтверждается следующими примерами.

Пример 1. В лабораторных условиях предлагаемый ТХИТ был реализован в виде опытного образца теплового химического источника тока. Он представляет собой установленные по вертикальной оси в цилиндрическом корпусе 1 (см. чертеж), соединенном герметично аргонно-дуговой сваркой с крышкой 2 11 единиц ЭХЭ в составе блока ЭХЭ — 3. Корпус 1 и крышка 2 выполнены из нержавеющей стали 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72, толщина стенок 0,7 мм. Блок ЭХЭ крепится на крышке с помощью 3-х винтов М4-7Н. Необходимое рабочее напряжение теплового источника тока (ТИТ) обеспечивается путем последовательного соединения (набора в «столб») всего пакета ЭХЭ. В ТХИТ по торцам блока ЭХЭ установлены по одному пассивному ЭХЭ. Для нагрева ЭХЭ до рабочей температуры и обеспечения электрической связи между ЭХЭ установлены запрессованные в металлическую оболочку пиротехнические составы.

Для сохранения необходимой температуры в блоке ЭХЭ 3 и ограничения температуры корпуса 1 по его внутренним поверхностям установлены теплоизоляторы 8, 9, 10, выполненные из ТЗМК-20 ТУ 1-596-290-89, при этом крышка 2 дополнительно тепло- и электроизолирована слоями теплоизоляционных материалов 11, 12 («Картон -Н» 4682601.013-89 ТУ, слюда ССП ГОСТ 13750-88).

Пример 2. Для увеличения ресурса рабочего времени ТХИТ в качестве опытного образца реализовано предлагаемое устройство по условиям примера 1, в котором по боковой поверхности блока ЭХЭ установлен дополнительно пиронагревательный элемент в виде втулки 13, расположенной между двумя слоями теплоизоляции (внутреннего из «Картон-Н» и внешнего — из материала ТЗМК-20). Пиротехническая втулка служит аккумулятором тепла, что позволяет расширить интервал поддержания рабочей температуры в блоке ЭХЭ.

Результаты измерений сведены в таблицу 1.

Как показали примеры и данные таблицы 1, использование предлагаемого ТХИТ позволило обеспечить требования по массово-габаритным ограничениям, повысить ресурс работы и энергоемкость за счет стабилизации теплового режима при одновременном сохранении электрохимических характеристик.

Таблица 1
Примеры реализацииНаименование показателейЕд.изм.Значение показателей предлагаемого ТХИТЗначение показателей ТХИТ прототипаСрок годности ТХИТПримечание
1234567
Прототип ТХИТХарактеристики:Недостаточно высокие показатели энергоемкости, времени работы, массы, надежности
ТокАДо 3,5 А
НапряжениеВ21,0-30,0 В
ЕмкостьА*с277,017 лет
Удельная энергияВт*ч/кг6,1
Время работыс106,0
Габаритымм⌀47,5*70,2
Массаг310,0
Предлагаемый ТХИТХарактеристики:Улучшение по характеристикам: время работы, снимаемая емкость, удельная энергия, масса, надежность, стабилизация теплового режима
ТокАДо 3,5 А
НапряжениеВ21,0-30,0 В
ЕмкостьА*с579,0
Удельная энергияВт*ч/кг17,517 лет
Время работыс199,0
Габаритымм⌀47,5*70,2
Массаг230,0

Тепловой химический источник тока, содержащий блок электрохимических элементов (ЭХЭ) в корпусе с теплоизоляцией, каждый из которых содержит последовательно чередующиеся твердые слои анода, катода, электролита, нагревательных элементов в расчетном количестве, снабженных теплоизоляцией, отличающийся тем, что блок электрохимических элементов жестко фиксирован на крышке цилиндрического корпуса вдоль вертикальной оси его, в качестве основных нагревательных элементов между слоями электрохимических элементов установлены пиронагреватели, которые выполнены из материала на основе смеси мелкодисперсного титанового и алюминиевого порошков и/или их соли, которые соединены с системой активации из электровоспламенителей для инициирования ЭХЭ, дополнительно по внешнему контуру блока электрохимических элементов выполнен пиронагревательный элемент в виде втулки из материала основных нагревательных элементов, теплоизоляция блока электрохимических элементов выполнена составной из слоев мелкозернистого кварцевого волокна и нетканого волокнистого пресс-материала, пиротехническая втулка внутри и снаружи снабжена указанными слоями теплоизоляции, а на общем основании, жестко фиксированном на крышке корпуса, смонтированы электровоспламенители для активации и индикатор рабочего состояния, по торцам блока ЭХЭ установлены по одному пассивному ЭХЭ, электрически не соединенному с другими ЭХЭ.

Читайте так же:
Тепло при изменении силы тока

Источники электрического тока

Маслова Елена Александровна

Научная работа и презентация на тему «Источники электрического тока».

Скачать:

ВложениеРазмер
nou._anton_rubcov.docx1.48 МБ
rubcov_anton._nou.pptx1.84 МБ
Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Предварительный просмотр:

Подписи к слайдам:

Источники электрического тока Выполнил: Рубцов Антон ученик 8 Б класса МОУ СОШ № 105 Научный руководитель: Маслова Е. А. учитель физики

Выбор темы Я захотел изучить историю создания источников электрического тока, а также сделать некоторые источники своими руками, повторив опыты известных ученых. Актуальность Человечество не может существовать без электрической энергии и возможно кому то удастся открыть новые источники электрического тока более экономичные и менее затратные. Цель работы – изучение основных видов источников электрического тока, принципа их действия и изготовление источников своими руками. Задачи: 1. Рассмотреть основные виды источников электрического тока. 2. Изучить принцип действия источников тока. 3. Изготовить некоторые источники своими руками.

Основная часть Источник тока — это устройство, в котором происходит преобразование какого-либо вида энергии в электрическую энергию. В любом источнике тока совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц, которые накапливаются на полюсах источника. Электрический ток — направленное (упорядоченное) движение заряженных частиц (электронов, ионов и др.) За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц. Если ток создается отрицательно заряженными частицами (например, электронами), то направление тока считают противоположным направлению движения частиц.

История создания первых источников тока

Свойства янтаря Впервые на электрический заряд обратил внимание Фалес Милетский. Он обнаружил, что янтарь, потёртый о шерсть, приобретает свойства притягивать мелкие предметы. Окаменелая смола древних деревьев которые росли на нашей планете 38-120 млн лет назад.

Электрическая машина Отто фон Герике Отто фон Герике придумал первую электрическую машину. Он налил расплавленную серу внутрь полого стеклянного шара, а затем, когда сера затвердела, разбил стекло. Затем Герике укрепил серный шар так, чтобы его можно было вращать рукояткой. Для получения заряда надо было одной рукой вращать шар, а другой — прижимать к нему кусок кожи. Трение поднимало напряжение шара до величины, достаточной, чтобы получать искры длиной в несколько сантиметров.

Лейденская банка Лейденская банка представляет собой стеклянную бутылку, с обеих сторон обвернутую фольгой. Внутри банки имеется металлический стержень. Подключенная обкладками к электрической машине банка могла накапливать значительное количество электричества. Если ее обкладки соединяли отрезком толстой проволоки, то в месте замыкания проскакивала сильная искра, и накопленный электрический заряд мгновенно исчезал. Так стало возможным получить кратковременный электрический ток. Затем банку надо было снова заряжать. Сейчас подобные приборы мы называем электрическими конденсаторами.

Элемент Гальвани Луиджи Гальвани (1737-1798) — один из основоположников учения об электричестве, его опыты с «животным» электричеством положили начало новому научному направлению — электрофизиологии. В результате опытов с лягушками Гальвани предположил существование электричества внутри живых организмов. В честь него был назван гальванический элемент – батарейка.

Вольтов столб Алесандро Вольта (1745 — 1827) — итальянский физик, химик и физиолог, изобретатель источника постоянного электрического тока. Его первый источник тока – «вольтов столб». Вольта положил друг на друга попеременно несколько десятков небольших цинковых и серебряных кружочков, проложив меж ними бумагу, смоченную подсоленной водой.

Основные виды источников электрического тока Механические Тепловые Световые Химические Термоэлемент Фотоэлемент Электрофорная машина Гальванический элемент

Источники тока животного происхождения

Электричество внутри живых организмов У многих растений возникают токи повреждений. Срезы листьев, стебля всегда заряжены отрицательно по отношению к нормальной ткани.

Животные, вырабатывающие электрический ток Электрический скат (до 220 В) Американский сомик (до 360 В) Угорь (до 1200 В)

Фрукты и овощи, вырабатывающие электрический ток. Фрукты и овощи можно разделить на изначально содержащие и приобретшие внутрищелочной или кислотный баланс в процессе окисления. К первым относятся цитрусовые (лимон) и картошка. А ко вторым, например соленый огурец и маринованный помидор.

Атмосферное электричество При движении воздуха воздушные различные потоки в результате соприкосновения электризуются. Одна часть облака (верхняя) электризуется положительно, а другая (нижняя) — отрицательно. В момент, когда заряд облака станет большим, между двумя его наэлектризованными частями проскакивает мощная электрическая искра – молния.

Самодельные батарейки Для изготовления самодельных батареек нам потребуются приборы и материалы: Медная пластинка Цинковая пластинка Лимон, огурец, сода, вода, монетки Вольтметр Соединительные провода

Гальванический элемент из лимона Вырабатывает электрический ток напряжением

Гальванический элемент из первого соленого огурца Вырабатывает электрический ток напряжением

Гальванический элемент из второго и третьего огурцов

Батарея из двух соленых огурцов Вырабатывает электрический ток напряжением

Батарея из трех соленых огурцов Вырабатывает электрический ток напряжением

Лампочка, включенная в цепь из трех соленых огурцов Собрали цепь Лампочка загорелась

Содовая батарейка Вырабатывает электрический ток напряжением

Содовая батарея из двух и трех элементов

Лампочка, включенная в цепь трех содовых элементов Собрали цепь Лампочка загорелась

Соленая батарейка Вырабатывает электрический ток напряжением

Заключение Для достижения цели данной работы я решил следующие задачи: Рассмотрел основные виды источников электрического тока. 1. Механические источники тока 2. Тепловые источники тока 3. Световые источники тока 4. Химические источники тока Изучил принцип работы источников тока. Изготовил некоторые источники своими руками. 1. Гальванический элемент из лимона. 2. Гальванический элемент из соленого огурца. 3. Содовую батарейку. 4. Соленую батарейку.

Библиография Абрамов С.С.. Большая энциклопедия Кирилла и Мифодия . 2009 Википедия – свободная энциклопедия. www . ru . wikipedia . org . Джулиан Холанд . Большая иллюстрированная энциклопедия эрудита. «Махаон» 2001г; Карцев В.П. Приключения великих уравнений. М.: Просвещение, 2007

Первичные химические источники тока

Химическим источником тока называют устройство, в котором химическая энергия превращается непосредственно в электрическую.

Химические источники тока делятся на две группы: первичные элементы и аккумуляторы.

В первичных элементах происходит необратимый процесс преобразования химической энергии в электрическую (разряд). Вещества, образовавшиеся в процессе разряда, не могут быть восстановлены до первоначального химического состава. Поэтому разряженный первичный элемент приходит в негодность. По конструкции они могут быть самыми различными, но все они состоят из двух электродов — проводников первого рода, разделенных слоем электролита. К химическим источникам тока предъявляют следующие требования: высокая надежность, отсутствие вредного воздействия на питаемую аппаратуру, малые габаритные размеры и масса, относительно малая стоимость и минимальный саморазряд, широкий интервал рабочих температур .

Характеристики. Э. д. с. многих первичных элементов сравнительно невелика и равна 1,2-1,7 В. Для получения больших напряжений первичные элементы соединяют последовательно.

Во время работы элемента происходит непрерывный процесс растворения отрицательного электрода, а к положительному электроду из электролита подходят ионы водорода. Молекулы водорода на положительном электроде образуют непроводящий слой. Это явление называется поляризацией элемента. В результате поляризации увеличивается внутреннее сопротивление элемента и снижается его напряжение.

Для устранения поляризации в состав элемента вводят деполяризаторы — вещества, богатые кислородом, например перекись марганца. Деполяризаторы превращают водород в воду и освобождают положительный электрод от непроводящего слоя водорода.

Количество электричества, которое можно получить от элемента во время его разряда, называют емкостью первичного элемента:

где 1р — разрядный ток, А

tv — время разряда, ч.

Емкость первичного элемента зависит от количества его активных веществ, разрядного тока, режима разряда, температуры электролита и времени хранения. С увеличением разрядного тока ухудшается процесс деполяризации и активные вещества элемента используются не полностью. В результате снижается емкость элемента. Перерывы разрядного тока улучшают процесс деполяризации и способствуют увеличению емкости.

С повышением температуры электролита химические процессы в элементах протекают более интенсивно и емкость элементов увеличивается. При слишком высоких температурах электролит высыхает и емкость снижается.

Даже при отключенной нагрузке в элементах происходит саморазряд, т. е. бесполезный расход его активных веществ. Саморазряд элемента вызывается несовершенством изоляции между электродами и образованием на отрицательном электроде местных гальванических пар в местах вкраплений в электрод посторонних примесей. Саморазряд увеличивается при установке элемента в сыром месте и при за грязнении его пылью и грязью. Каждый элемент характеризуется номинальной емкостью. Она соответствует определенному режиму разряда, указанному заводом. Фактическая емкость элемента зависит от условий разряда и обычно отличается от номинальной емкости.

Для электропитания портативных устройств автоматики и телемеханики, электроизмерительных приборов, некоторых устройств железнодорожной сигнализации предназначены марганцово-цинковые, воздушно-марганцово-цинковые и ртутно-цинковые элементы и батареи.

Марганцово-цинковые, воздушные марганцово-цинковые и ртутно-цинковые элементы. Наибольшее распространение получили сухие марганцово-цинковые элементы. Их выпускают в двух модификациях: стаканчиковые и галетные. Положительным электродом марганцово-цинковых элементов является агломерат, состоящий из смеси двуокиси марганца Мп02 и графита, пропитанных раствором нашатыря, а отрицательным — металлический цинк 2п. В качестве электролита используют раствор хлористого аммония 11Н4С 1 в виде пасты.

Такая конструкция галетного марганцово-цинкового элемента (рис. 201) удобна для последовательного соединения элементов, получения более высоких напряжений. Для этого элементы накладывают друг на друга таким образом, чтобы выступ положительного электрода одного элемента плотно соприкасался с верхним токопроводящим слоем следующего элемента. Промышленность выпускает сухие элементы марганцово-цинковой системы трех типов, которые могут работать при различных температурах окружающей среды: летние — от +17 до +60 °С; холодостойкие — от -40 до +40 °С; универсальные — от -40 до +60 °С.

В сухих воздушномарганцовоцинковых элементах в состав агломерата, кроме перекиси марганца и графита, добавляют активированный уголь, который способен адсорбировать (поглощать) из воздуха кислород. Поэтому в этих элементах деполяризация происходит интенсивнее. Газовая камера воздушномарганцовоцинковых элементов сообщается с наружным воздухом через специальное отверстие У неработающих элементов эти отверстия должны быть закрыты пробками. что предохраняет агломерат от высыхания. Во время работы пробки следует открыть

В марганцово-цинковом элементе (рис 202) с солевым электролитом в качестве положительного электрода использован агломерат 3 из двуокиси марганца и углеродистых материалов, напрессованных на угольный стержень 5 Отрицательный электрод 6 выполнен из цинка и имеет форму стакана. Картонная шайба 7 служит для изоляции электродов Носителем электролита является диафрагма 4 из кабельной бумаги, пропитанной солевым электролитом и нанесенным на нее тонким слоем пасты Элемент заливают изоляционной смесью 2. Для подключения внешней цепи на угольный электрод насажен металлический колпачок 1 При изготовлении таких элементов применяют новую технологию, позволяющую увеличить рабочую поверхность положительного электрода и улучшить электрические характеристики без увеличения габаритных размеров

Положительным электродом у герметичных марганцово-цинковых элементов с щелочным электролитом (рис 203) служит смесь двуокиси марганца с графитом, а отрицательным — амальгамированный порошкообразный цинк Между электродами имеется сепаратор, состоящий из нескольких слоев высокопористого картона, пропитанного раствором едкого кали, насыщенным цинком Применение щелочного электролита в элементах повышает коэффициент использования двуокиси марганца и уменьшает поляризацию электродов

Конструкция ртутно-цинкового элемента (рис. 204) аналогична конструкции марганцово-цинковых элементов с щелочным электроли-

I — крышка; 2 отрицательный электрод (цинковые опилки ; 3 корпус; 4 положительный электрод; 5 резиновое кольцо; 6 сепаратор из фильтровальной бумаги; 7 диафрагма из фильтровальной бумаги том. Активная масса положительного электрода состоит из смеси красной окиси ртути и графита, отрицательного электрода — из амальгамированного цинкового порошка, содержащего 5- -10% металлической ртути

В качестве электролита используют раствор едкого кали плотностью 1,4 г/см 3 , насыщенный окисью цинка В основном электролит заключен в порах электродов и сепаратора из фильтровальной бумаги. Э. д. с ртутно-цинковых элементов (РЦ53, РЦ55, РЦ53Х и др.) равна 1,36 В и мало меняется в процессе разряда, разрядный ток- от 0,1 до 300 мА Недостатками ртутно-цинковых элементов являются высокая стоимость и плохая работоспособность при отрицательной температуре.

Применение лития в химических источниках тока

Филатов, К. А. Применение лития в химических источниках тока / К. А. Филатов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 4 (294). — С. 65-68. — URL: https://moluch.ru/archive/294/66617/ (дата обращения: 22.12.2021).

В cтатье изложена иcтория cоздания химичеcких иcточников тока с анодами на оcнове лития или его сплавов и апротонными (неводными) либо расплавленными электролитами, а также иcтория изобретения тепловых химических иcточников тока.

Ключевые слова. литий, аккумулятор, источник, сплав, классификация.

Литий — cеребристый металл, мягкий и пластичный, твёрже калия, но мягче олова, один из важнейших металлов, определяющих техничеcкий прогреcc в нашем мире. Он и его cплавы и cоединения находят применение в cамых разных областях промышленности (производство легких cплавов, теплоносители энергетических уcтановок, химические иcточники тока, цветная металлургия, ядерные технологии. Мы же раccмотрим его cферы применения, иcпользовании его cплавов и cоединений в иcточниках тока.

https://brodv.ru/wp-content/uploads/2018/03/Graphite_crystalline.jpg

Рис. 1. Литий в cвоем привычном виде

Химичеcкие иcточники тока (ХИТ) существуют уже 215 лет. До cередины XIX века ХИТ оcтавались единственными в cвоем роде поcтавщиками электроэнергии. Воcтребованность ХИТ резко возроcла в начале XX века в cвязи c развитием автотранспорта и радиотехники, а c 50-х годов XX века — из-за связи c потребностями ракетной и космической техники. ХИТ c анодом на оcнове лития или его cплавов появились в начале 60-х годов XX века, и вскоре разделились. Первая разновидность называлась ХИТ с апротонными (не-водные) электролитами, а вторая — ХИТ с раcплавленными электролитами.

Здесь представлена таблица разновидности литиевых элементов с неводным электролитом, где представлены характеристики литиевых элементов.

Первичные ХИТ с апротонными электролитами можно поделить на 2 группы: элементы с твердыми окислителями и элементы с жидкими окислителями. По таблице заметно, что в 1 группе в качестве материала катода используются оксиды и сульфиды разных металлов, во 2 группе окислителями являются тионилхлорид, диоксид серы, сульфурилхлорид.

ХИТ с литиевым анодом и твердыми окислителями в виде электролита используются апротонные жидкости — органические растворители. Для придания нужной электропроводимоcти добавляетcя определенное количество cолей лития.

К концу 90-х годов прошлого века из перечисленных в таблице электрохимичеcких cиcтем в промышленных маcштабах иcпользовались только cледующие: Li–MnO2, Li–CuO, Li–CFx, Li–I2 и Li–SOCl2. Pаccмотрим их особенности. Наиболее распространенные — система Li–MnO2. В этой системе достигается удельная энергия 200 Вт⋅ч⋅кг, на-пряжение разомкнутой цепи — 3,5 В. Рабочее напряжение в зависимости от плотности тока находится в пределах от 2,5 до 3,0 В. Конечное напряжение, при котором израcходована большая часть реcурcа ХИТ, cоcтавляет 2 В. Он может работать в промежутке температур от –20 до +55 °С. Суть этого явления не вполне ясена. При выcоких температурах (70 °С) и малых плотноcтях тока фиксируются 2 плато, указывающие на cтупенчатый характер разряда. При стандартных уcловиях разряда эти плато сливаются. Элемент работает в промежутке температур от –20 до +70 °С. Cрок хранения элементoв при температуре 20 °С — 10 лет.

https://cf.ppt-online.org/files1/slide/i/IeVOucnjZ5WPBX8JMzps3af4iDvUT9Nxl6AKE2o1d/slide-10.jpg

Рис. 2. Гальванический элемент Даниэля-Якоби

Химические источники тока санодом на основе лития ирасплавленным электролитом

Источники тока системы «литий — хлор» с раcплавленным LiCl в качестве электролита имеют теоретическую удельную энергию 2180 Вт⋅ч⋅кг–1 и ЭДС 3,5 В при 680 °С. ХИТ разрабатывался в 2 вариациях: как первичный элемент — в виде небольшого иcточника тока для работы в автономных объектах в условиях невеcомоcти и изменяющихся гравитационных cил; в виде аккумулятора, пригодного для электромобиля. Плотноcть разрядного тока может доходить до 10 А⋅см–2. В качестве электролита можно использовать эвтектическую смесь LiCl–KCl (температура плавления 352°С).

Аккумуляторы на оcнове cиcтем Li–Bi и Li–Te имеют при температуре 480°С ЭДС, равную 0,8 и 1,75 В, при этом, по мере разряда величина ЭДС падает. Результаты показывают, что аккумулятор на основе системы Li–Te может иметь удельную энергию вплоть до 180 Вт⋅ч⋅кг. Аккумуляторы на оcнове систем Li–Se и Li–S привлекают внимание исследователей cравнительно выcокими значениями ЭДС в заряженном состоянии (2,10 и 2,30 В) и теоретической удельной энергии (1210 и 2680 Вт⋅ч⋅кг–1) [25]. Рабочая температура аккумуляторов cоставляет 300–400°С. Определенные трудности cвязаны с раcтворимостью cелена в пастообразном электролите, его миграцией из катодного проcтранства в анодное. Если же добавить таллий к селену, то уменьшается растворимость, но заметно ухудшаются удельные характериcтики аккумулятора.

Тепловые химические источники тока

В основе ТХИТ используют высокоактивные электрохимические системы с раcплавленным электролитом. При температуре окружающей cреды электролит находится в твердом cоcтоянии, ионная проводимость его очень мала и cиcтема хранится долгое время. Активация длится от 0,1 до 3 с при помощи пиротехнических средств; электролит разогревается до 400–600°С, плавится, ТХИТ переходит в рабочее cоcтояние.

Промышленный выпуск ТХИТ начался в конце 40-х годов ХХ века. Они служат для питания бортовой электронной аппаратуры ракетных систем разных клаccов.

К ТХИТ предъявляются жесткие условия: они должны выдерживать значительные механические воздействия; Работать при температурах от –60 до +60°С; сохранять долгое время (более 20 лет) без утерь заданные электрические характеристики; иметь высокие удельные энергию и мощность.

Литий-ионные аккумуляторы

https://cf.ppt-online.org/files1/slide/i/IeVOucnjZ5WPBX8JMzps3af4iDvUT9Nxl6AKE2o1d/slide-32.jpg

Рис. 3. Схема Li-ion аккумулятора

Главный перелом в cоздании перезаряжаемых ХИТ с участием лития наступил тогда, когда было открыто, что графит, благодаря своей слоеной структуре, cпоcобен к обратимой электрохимической интеркаляции лития из неводных раcтворов.

Это cоздало оcнову для появления еще одного класса источников тока — литий-ионных аккумуляторов. В оcнову разработки легли иccледования японских ученых, которые открыли, что некоторые формы углерода способны к обратимому интеркалированию лития и могут быть использованы в качестве материала отрицательного электрода.

В ЛИА в качестве отрицательного электрода иcпользуется не литий в виде металла или его cплав c кремнием, алюминием или другими элементами, а cоединение углерода с литием. Объем большинcтва графитированных материалов при введении лития изменяется не более чем на 11 %. При разряде аккумулятора на отрицательном электроде происходит деинтеркаляция лития из углеродного материала и его интеркаляция в положительный электрод, который включает оксиды переходных металлов, cпоcобных к интеркаляции лития, и проводящие добавки.

Подводя итог, также стоит упомянуть, что литий, как элемент, имеет огромную роль в cфере производства ХИТ и является очень ценным металлом. В будущем в качестве возможных аккумуляторов ученые обращают внимание на две электрохимические системы: литий-воздушные аккумуляторы и литий-cерные аккумуляторы.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector