3. Первичные химические источники тока. Параметры и область применения.

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.

Параметры:

Электродвижущая сила определяется как алгебраическая разность электродных потенциалов на зажимах химического источника тока (при отсутствии тока во внешней цепи).

Напряжение определяется разностью потенциалов на зажимах химического источника тока. Различают начальное, среднее, конечное напряжения разряда.

Внутреннее сопротивление химического источника тока определяется как сумма омического и поляризационного сопротивлений. Омическое складывается из омических сопротивлений электролита, электродов и др. Поляризационное обусловлено изменением электродных потенциалов и зависит от разрядного тока.

Емкость определяется количеством электричества, которое источник может отдать при разряде от начального до конечного напряжения.

Саморазряд – потеря энергии источником тока, обусловленная протеканием в нем самопроизвольных процессов.

Основным преимуществом химических элементов является простота в эксплуатации, постоянная готовность к действию. Недостатками – невозможность повторного заряда, высокое внутреннее сопротивление, сравнительно малый срок хранения.

4. Топливные элементы. Перспективы использования.

Топливный элемент — гальваническая ячейка, вырабатывающая электроэнергию за счет окислительно-восстановительных превращений реагентов, поступающих извне. При работе топливного элемента электролит и электроды не расходуются, не претерпевают каких-либо изменений. В нем химическая энергия топлива непосредственно превращается в электроэнергию.

Применение топливных элементов:

– Стационарные приложения (аварийные источники энергии, автономное эл снаб)

– Транспорт (Автомобильные топливные элементы)

– Бортовое питание (авиация, космос, подводные лодки, морской транспорт)

Топливный элемент состоит из ионного проводника (электролита) и двух электронных проводников (электродов), находящихся в контакте с электролитом, который осуществляет перенос заряда ионами водорода.

Сейчас в мире активно разрабатываются твердополимерные топливные элементы на водороде. Считается, что они будут применяться в основном на автотранспорте. Пока их стоимость довольно высокая: 1 кВт установленной мощности в лучших образцах обходится в 3 — 5 тыс. долл.

К числу достоинств относятся: высокий кпд, низкая токсичность, бесшумность, модульная конструкция, многообразие первичных видов топлива, широкий интервал мощности.

Проникновение их на рынок сдерживается, прежде всего, высокой себестоимостью по электроэнергии и малым ресурсом.

5. Классификация аккумуляторов, основные характеристики.

Аккумулятор - это устройство для хранения энергии в химической форме, которая может использоваться как электричество. Аккумулятор работает благодаря тому, что два различных металла, находясь в кислотном растворе, вырабатывают электричество.

Все аккумуляторы, независимо от электрохимической системы, характеризуются:

1) емкость [Aч] характеризует способность аккумулятора давать определенный ток в течение определенного времени. В процессе эксплуатации емкость аккумулятора уменьшается и зависит от различных факторов: от технологии ввода в эксплуатацию и обслуживания в процессе эксплуатации, от условий и срока эксплуатации, от используемых зарядных устройств и т.д.

2) Внутреннее сопротивление [мОм] зависит от емкости элемента, числа элементов, электрохимической системы, а также возраста и условий эксплуатации аккумулятора. В процессе эксплуатации аккумулятора значение его внутреннего сопротивления увеличивается.

3) Саморазряд аккумулятора – самопроизвольная потеря аккумулятором запасенной энергии с течением времени после того, как он был полностью заряжен. Величина саморазряда зависит от температуры.

4) Срок службы аккумулятора характеризуется количеством циклов заряда/разряда, которое он выдерживает в процессе эксплуатации без значительного ухудшения своих основных параметров

По электрохимической системе: 1) свинцово-кислотные 2) никель-кадмиевые 3) никель-металлгидридные 4) литий-ионные 5) литий-полимерные

1) Свинцово-кислотный состоит из свинцовых решетчатых пластин, покрытых активным веществом и погруженных в кислотный электролит. Отрицательные пластины покрыты мелкопористым свинцом, а положительные двуокисью свинца. Когда к аккумулятору подключают нагрузку, активное вещество вступает в химическую реакцию с сернокислотным электролитом, вырабатывая электрический ток. На пластинах при этом осаждается сульфат свинца, и электролит, соответственно, истощается. При зарядке эта реакция проходит в обратном направлении

2) никель-кадмиевые могут работать практически при любых погодных условиях. Главным недостатком Ni-Cd аккумуляторов является относительно маленькая энергетическая плотность (отношение емкости к массе). Преимущества: Даже при ежедневной зарядке такой аккумулятор прослужит более трех лет; короткое время заряда; могут отдавать в нагрузку значительно больший ток, чем аккумуляторы других типов.

3) Никель-металлогидридный аккумуляторы подвержены эффекту памяти в меньшей степени, чем Ni-Cd. Однако по ряду параметров Ni-MH аккумуляторы все еще проигрывают никель-кадмиевым.1) они выдерживают всего лишь до 500 циклов заряда/разряда. 2) у них более высокий саморазряд: до 10% за первые сутки и до 30% за месяц. 3) заряжаются они, как правило, в 2 раза дольше. 4) стоят Ni-MH аккумуляторы дороже.

4) Литий-ионный наиболее перспективны. Такие аккумуляторы обладают на 20-30% большей емкостью, чем Ni-MH того же размера. Саморазряд за первые сутки составляет менее 1%, а за месяц — менее 10%. У Li-Ion аккумуляторов отсутствует эффект памяти. Хотя Li-ion аккумуляторы выдерживают до 1000 циклов заряда/разряда, однако они теряют емкость с течением времени.

5) Литий-полимерные основаны на использовании твердого электролита на полимерной основе. Данная технология имеет низкую цену. Аккумуляторы имеют высокую плотность энергии. Возможность изготовления аккумуляторов любой формы. Li-pol аккумуляторы могут работать в широком диапазоне температур. Недостатком является то, что он не допускает больших разрядных токов.