
- •3 Химические источники тока различных электрохимических систем Лабораторная работа №1 марганцево-цинковые солевые и щелочные элементы
- •Солевые марганцево-цинковые элементы.
- •Типичный состав эдм
- •Обозначение мц элементов.
- •Обозначение мц элементов с щелочным электролитом
- •Характеристики мц элементов.
- •Сравнение характеристик мц солевых и щелочных элементов
- •Конструкции мц солевого и щелочного элементов.
- •Марганцево-цинковые перезаряжаемые хит.
- •Параметры перезаряжаемых марганцево-цинковых хит
- •Утилизация мц элементов.
- •Варианты заданий к лабораторной работе
- •Лабораторная работа №2 воздушно-металлические источники тока
- •Воздушно-цинковые химические источники тока
- •Призматические воздушно-цинковые хит
- •Дисковые пуговичные и цилиндрические воздушно-цинковые хит
- •Механически перезаряжаемые воздушно-цинковые хит
- •Электрически перезаряжаемые воздушно-цинковые хит
- •Разность потенциалов δе выделения кислорода и восстановления его из воздуха при плотности тока 100 мА/см2 при 298 к при использовании различных катализаторов
- •Воздушно-алюминиевые и воздушно-магниевые хит
- •Хит с солевыми (хлоридными) электролитами
- •Воздушно-алюминиевый хит с щелочным электролитом
- •Варианты заданий к лабораторной работе
- •Лабораторная работа №3 литиевые первичные источники тока
- •Классификация лхит
- •Теория литиевых первичных источников тока
- •Характеристики литиевых элементов с неводным электролитом
- •Особенности конструкции
- •Источники тока на базе системы литий-диоксид марганца
- •Примеры системы литий-диоксид марганца фирмы «gp Batteries» (сша)
- •Элементы системы литий-йод
- •Основные параметры источников тока системы литий-йод (для медицинской техники) оао «Литий-элемент»
- •Характеристики литиевых элементов
- •Варианты заданий к лабораторной работе
- •Лабораторная работа №4 свинцово-кислотные аккумуляторы и батареи
- •Промышленно выпускаемые свинцовые аккумуляторы
- •Классификация свинцовых аккумуляторов и батарей.
- •Теоретические вопросы свинцовых аккумуляторов
- •Виды сплавов решеток положительного электрода
- •Разрядно-зарядные характеристики.
- •Сравнительные параметры различных типов сепарационных материалов для свинцовых аккумуляторов
- •Сравнение характеристик и наиболее распространенных конструкций свинцово-кислотных аккумуляторов
- •Классическое (традиционное) исполнение аккумулятора
- •Заряд свинцово-кислотных аккумуляторов
- •Безуходные (герметизированные) свинцовые аккумуляторы
- •1 Напряжение, 2 зарядная емкость, 3 ток заряда
- •Комплексная переработка отработанных свинцово-кислотных аккумуляторов
- •Пути усовершенствования свинцовых аккумуляторов
- •1 Вкладыш из алюминия; 2 термодиффузионное покрытие; 3 свинцовый сплав.
- •Варианты заданий к лабораторной работе
- •Лабораторная работа №5 никель-кадмиевые аккумуляторы
- •Параметры промышленно выпускаемых никель-кадмиевых аккумуляторов
- •Теория никель-кадмиевых аккумуляторов
- •Конструкция нк аккумуляторов
- •1 − Корпус; 2 –сепаратор; 3 –положительный электрод; 4 – отрицательный электрод; 5 − крышка; 6 – пружина; 7 – уплотнитель;
- •Характеристики нк аккумуляторов
- •Утилизация и регенерация нк аккумуляторов
- •Варианты заданий к лабораторной работе
- •Лабораторная работа №6 никель-металлогидридные аккумуляторы
- •Сравнительные параметры щелочных аккумуляторов
- •Реакции, протекающие в нмг аккумуляторах
- •Конструкция нмг аккумуляторов
- •Герметизация аккумулятора
- •Характеристики нмг аккумуляторов
- •Режим заряда нмг аккумуляторов
- •Утилизация нмг аккумуляторов
- •Варианты заданий к лабораторной работе
- •Лабораторная работа №7 литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы
- •Аккумуляторы с металлическим литиевым анодом
- •Литий-ионные аккумуляторы
- •Нанотехнологии в лиа
- •Особенности конструкции
- •Характеристики Li-ion аккумуляторов.
- •Литиевые аккумуляторы с полимерным электролитом.
- •Характеристики Li-аккумуляторов с пэ
- •Утилизация литиевых аккумуляторов
- •Варианты заданий к лабораторной работе
- •Лабораторная работа №8 топливные элементы
- •Особенности тэ
- •Теория и конструкция топливных элементов
- •Типы топливных элементов
- •Основные характеристики топливных элементов
- •Методика проведения лабораторной работы
- •Экспериментальные данные, полученные при работе щтэ на различные нагрузки
- •Экспериментальные данные, полученные при разряде топливного кислородно-водородного элемента
- •Экспериментальные значения коэффициентов диффузии водорода в газодиффузионном электроде
- •Результаты определения коэффициентов диффузии водорода
Обозначение мц элементов.
Первичным параметром в обозначении элементов является их типоразмер.
Согласно рекомендациям МЭК МЦ элементы с солевым электролитом не имеют буквенного шифра, с щелочным электролитом – обозначаются буквой L. МЭК дает рекомендации по обозначениям форм и типоразмеров (табл. 2, 3, Приложение). Например, щелочные цилиндрические элементы обозначаются буквами LR.
Обозначения некоторых щелочных МЦ элементов согласно МЭК и основным фирмам-производителям приведены в таблице 1.
Таблица 1
Обозначение мц элементов с щелочным электролитом
-
МЭК
ANSI
(США)
JIS
(Япония)
Matsushita
Varta
Duracell
Energizer
LR1
L20
AM5
LR1
4001
MN 9100
-
LR03
L30
AM4
LR03
4003
MN 2400
LR03/E92
LR6
L40
AM3
LR6
4006
MN 1500
LR6/E91
LR14
L70
AM2
LR14
4014
MN 1400
LR14/E93
LR20
L90
AM1
LR20
4020
MN 1300
LR20/E95
Обозначения некоторых цилиндрических МЦ элементов в различных стандартах приведены в Приложении (табл. 6).
Характеристики мц элементов.
Основные характеристики МЦ солевых и щелочных электролитов приведены в таблице 2 и на рисунках 2–5.
Таблица 2
Сравнение характеристик мц солевых и щелочных элементов
МЦ солевые |
МЦ щелочные |
Напряжение |
|
Напряжение разомкнутой цепи (НРЦ) элементов составляет от 1,55 до 1,85 В и зависит от типа используемого диоксида марганца и состава активной массы. Значение НРЦ снижается по мере разряда. Начальное напряжение при малых токах составляет в среднем 1,6–1,65 В, а при больших – 1,2–1,3 В на элемент. Конечное напряжение зависит от режима разряда и равно 0,7–1,0 В (рис. 2, 4). |
Щелочные МЦ элементы имеют по сравнению с солевыми несколько меньшее значение НРЦ от 1,5 до 1,7 В. Благодаря большей стабильности потенциала положительного электрода и более высокой его электропроводности разрядное напряжение щелочных МЦ ХИТ выше и стабильнее, чем у солевых элементов (рис. 3, 5).
|
Емкость |
|
Выпускают ХИТ емкостью от 0,01 до 600 А·ч. В основном изготавливают малогабаритные элементы емкостью до 5 А·ч. Цилиндрические МЦ элементы с солевым электролитом могут быть заменены щелочными элементами, так как имеют те же габаритные размеры. |
При малых разрядных токах соотношение емкостей щелочных и солевых МЦ элементов равно 1,5; при средних и повышенных токах и непрерывном режиме разряда оно составляет 3–6.
|
Внутреннее сопротивление |
|
Внутреннее сопротивление возрастает по мере разряда ХИТ и при снижении температуры. Например, для элемента ААА (R03) при 0°С внутреннее сопротивление составляет 0,7 Ом, при 20°С – 0,6 Ом. Для элемента АА (R6) при 0°С около 0,8 Ом, при 20°С – 0,5 Ом [1] |
Внутреннее сопротивление в 12–20 раз ниже сопротивления солевых элементов. Нормированное внутреннее сопротивление* российских элементов в начале разряда составляет 0,4; 1,0; и 2,0 Ом·А·ч при температурах, соответственно, +20, -20 и – 40°С [1].
|
Удельная энергия |
|
При непрерывном разряде малыми токами (С/500 и менее) или при прерывистых разрядах средними токами удельная энергия может достигать значений 50–60 Вт·ч/кг или 100–130 кВт·ч/м3, при непрерывном разряде большими токами (С/20–С/10) – 10 Вт·ч/кг. |
Удельная энергия достигает 120 Вт∙ч/кг и 330 Вт∙ч/л. Дополнительное увеличение удельной энергии МЦ ХИТ возможно в случае применения кислорода воздуха в качестве активного вещества, работающего параллельно с МnО2. |
Сохраняемость |
|
При комнатной температуре от 3 месяцев до 3 лет в зависимости от размера, состава электродов, электролита и изготовителя. Саморазряд возможен за счет коррозии цинка, окисления и деструкции загустителей при взаимодействии с MnO2, а также расслаивания электролитной пасты и высыхания электролита. Саморазряд составляет 30% в год. |
Щелочные МЦ элементы характеризуются меньшей скоростью саморазряда и лучшей сохраняемостью. С увеличением температуры хранения сохраняемость уменьшается. Улучшение герметичности МЦ элементов повышает их сохраняемость. Саморазряд не превышает 10% в год. |
* - Нормированное внутреннее сопротивление r* (Ом·А·ч) равно произведению внутреннего сопротивления на номинальную емкость элемента.
На рис. 2, 3, 4 приведены разрядные кривые МЦ элементов в зависимости от температуры и величины разрядного тока.
а
б
Рис. 2. Разрядные кривые солевого элемента типоразмера 373 (D). а – при токе 10 мА и температурах: 1 – 60°С; 2 – 100°C; 3 – 200°C; 4 – 300°C. б – при температуре 20°С; режим разряда: 4 ч в сутки, токи разряда, мА:
1 – 60; 2 – 100; 3 – 200; 4 – 300
Рис. 3. Сравнительные разрядные кривые МЦ элементов с солевым (1) и с щелочным электролитом (2)
Рис. 4. Разрядные кривые щелочного МЦ элемента типоразмера 322 при непрерывном разряде и температуре 20°С. Разрядный ток, мА: 250 (1); 150 (2) и 20 (3)