- •190302 «Вагоны»
- •190303 «Электрический транспорт железных дорог»
- •101800 «Электроснабжение железных дорог»
- •Лекция 1. Электродные потенциалы и электродвижущие силы. Характеристика хит
- •1. Электродный потенциал металла.
- •2. Классификация химических источников тока (хит).
- •3. Электрохимические характеристики источников тока
- •Лекция 2. Первичные гальванические элементы
- •1. Гальванический элемент Вольта и Якоби-Даниэля.
- •2. «Сухой» элемент Лекланше. «Сухие» элементы новой конструкции.
- •3. Щелочные (алкалические) марганцово-цинковые и медноокисные
- •4. Ртутно-цинковые и серебряно-цинковые щелочные элементы
- •Лекция 3. Аккумуляторы
- •1. Основные понятия. Электрические характеристики и классификация аккумуляторов.
- •2. Свинцовые аккумуляторы
- •3. Щелочные аккумуляторы
- •4. Стартерные батареи
- •5. Аккумуляторы с расплавленным и твёрдым электролитом
- •6. Применение аккумуляторов на железнодорожном транспорте
- •Лекция 4. Топливные элементы
- •1. Основные понятия
- •Устройство топливных элементов (тэ). Водородно-кислородные элементы с различными электролитами.
- •3. Установки с электрохимическим генератором
- •4. Применение топливных элементов
- •Лекция 5. Коррозия. Теоретические вопросы в области коррозии
- •Определение коррозии и значение коррозионной проблемы
- •2. Прямые и косвенные потери от коррозии.
- •3. Причины возникновения коррозии.
- •4. Химическая коррозия
- •5. Электрохимическая коррозия
- •6. Влияние водородного показателя среды на скорость коррозии.
- •7. Оценка коррозионной стойкости металлов.
- •Лекция 6. Коррозия металлов в различных средах
- •Контактная коррозия.
- •2. Атмосферная коррозия
- •3. Грунтовая коррозия
- •3.1. Защита металлов от грунтовой коррозии.
- •4. Коррозия под действием блуждающих токов
- •5. Морская коррозия металлов
- •Лекция 7. Виды коррозии и техника борьбы с коррозией
- •Равномерная коррозия.
- •2. Питтинговая коррозия
- •2.1. Механизм питтинговой коррозии.
- •2.2. Влияние различных факторов на питтинговую коррозию.
- •2.3. Предупреждение питтинговой коррозии
- •3. Щелевая коррозия
- •3.1. Механизм щелевой коррозии
- •4. Нитевидная коррозия
- •5. Межкристаллитная коррозия
- •Механизм мкк
- •5.2. Влияние различных факторов на мкк
- •5.3. Предупреждение мкк
- •6. Ножевая коррозия
- •7. Избирательная коррозия
- •7.1. Обесцинкование латуней.
- •8. Графитизация чугуна
- •9. Коррозия под напряжением
- •10. Водородная хрупкость. Наводораживание
- •11. Коррозионная усталость и её предупреждение
- •Лекция 8. Способы защиты металлов и сплавов от коррозии. Защитные покрытия
- •1. Защита металлов от коррозии поверхностными тонкослойными
- •2. Фосфатные и оксидные защитные плёнки.
- •2.1. Фосфатирование
- •2.2. Оксидирование
- •3. Анодирование
- •4. Гальванические покрытия
- •5. Жаростойкие защитные покрытия
- •5.1. Термодиффузионный метод покрытия.
- •5.2. Горячий метод или метод погружения в расплавленный металл
- •5.3. Металлизация напылением
- •5.4. Плакирование – термомеханический способ
- •6. Неметаллические покрытия
- •1. Катодная и анодная защиты
- •2. Протекторная защита
- •3. Защита от коррозии под действием блуждающих токов.
- •Лекция 10. Ингибиторы коррозии металлов. Упаковочные материалы
- •1. Механизм ингибирования коррозии
- •Классификация ингибиторов. Адсорбционные и пассивирующие ингибиторы
- •3. Ингибиторы кислотной коррозии металлов
- •Ингибиторы коррозии в нейтральных средах
- •Упаковочные материалы для металлоизделий на бумажной основе
- •Заключение
- •Список литературы
2. Свинцовые аккумуляторы
Свинцовые аккумуляторы в настоящее время являются наиболее распространёнными, в том числе на железнодорожном транспорте. Они состоят из двух решетчатых свинцовых пластин (для увеличения площади поверхности и ёмкости). Отрицательный электрод заполняется металлическим свинцом, положительный – диоксидом свинца PbO2. Электрохимическая схема:
Анод (-) Pb / H2SO4 / PbO2 (+) Катод
Электроды погружены в электролит – 25-30% раствор серной кислоты с плотностью 1,18 – 1,22 г/см3. Кроме электролита, решётки электродов разделяются пористыми сепараторами.
Суммарная (токообразующая) реакция в аккумуляторе:
2 PbSO4 + 2 H2O ↔ Pb + PbO2 + 2H2SO4.
Прямая реакция в этой записи соответствует заряду аккумулятора, а обратная – его разряду (то есть его работе).
При зарядке аккумулятора протекают следующие реакции:
На аноде Pb+2SO4 + 2H2O – 2e- = Pb+4O2 + H2SO4,
На катоде Pb+2SO4 + 2e- = Pb0 + SO42-.
При разрядке аккумулятора (во время его работы):
На аноде Pb+4O2 + 2H2SO4 + 2e- = Pb+2SO4 + 2H2O + SO42-;
На катоде Pb0 + SO42- - 2e- = Pb+2SO4.
Когда при разрядке напряжение падает до ≈ 1,8 В, дальнейшую разрядку производить нельзя – электроды покрываются толстым слоем сульфата свинца, аккумулятор выходит из строя.
При работе кислотного свинцового аккумулятора нужно соблюдать ряд особенностей:
Строго контролировать плотность электролита, с учётом условий работы аккумулятора; в частности, его концентрация зимой должна быть выше, чем летом.
Следить за процессом заряда аккумулятора. Напряжение при заряде выше ЭДС (см рисунок 3.1.) и растёт в течение заряда, что ведёт в конце заряда к разложению воды по реакции 2Н2О = 2Н2 + О2. Поэтому выделение пузырьков газа («кипение») служит признаком окончания заряда.
Достоинства кислотных аккумуляторов: высокие значения КПД (≈ 80%) и ЭДС (≈ 2 В), малое изменение напряжения при разряде, простота, невысокая цена, высокая удельная мощность (до 300 Вт/кг).
Недостатки кислотных аккумуляторов: небольшая удельная энергия, высокий саморазряд при длительном хранении, относительно малый срок службы (около 5 лет), токсичность свинца.
3. Щелочные аккумуляторы
Среди аккумуляторов с щелочным электролитом наиболее распространены никель-кадмиевые (Ni-Cd) и никель-железные (Ni-Fe) аккумуляторы. Здесь положительный электрод содержит гидроксид никеля (III) Ni(OH)3 (или NiOOH), а отрицательный – соответственно кадмий или железо. В качестве электролита используется 20-23% раствор гидроксида калия КОН, с плотностью 1,21 г/см3. Так, при работе Ni-Fe аккумулятора суммарное уравнение
Fe + 2Ni(OH)3 ↔ Fe(OH)2 + 2Ni(OH)2.
При разрядке на аноде Fe – 2e- = Fe2+ ,
на катоде Ni(OH)3 + e- = Ni(OH)2 + OH-.
Достоинства щелочных аккумуляторов: большой срок службы (до 10 лет), высокая механическая прочность; недостатки – невысокие КПД и разрядное напряжение.
В последнее время получили распространение серебряно-цинковые и серебряно-кадмиевые аккумуляторы. Их достоинства – малый объём и вес, небольшое падение мощности при интенсивной работе; недостатки – высокая стоимость и нестабильная работа при низких температурах.