1. Хімічні джерела струму
Завдання 1.1
Щільність розчину сірчаної кислоти в зарядженому свинцевому акумуляторі d3 повинна дорівнювати 1,26 г/см3 ( концентрація 36,87 % за масою), у розрядженому акумуляторі dр ( концентрація 1 , % за масою).
Визначити кількість електроліту, що потрібно залити до розрядженого акумулятора з фактичною ємністю Qф = 120 А·год., щоб змінювання щільності під час зарядження – розрядження знаходилося в зазначених межах, та коефіцієнт використання сірчаної кислоти.
dр=1,058 г/см3.
Розв’язання
-
Загальна електрохімічна реакція в акумуляторі має вигляд :
Згідно зазначеної реакції під час проходження одного фарадея ( 1F ) електрики у процесі зарядження акумулятора буде витрачено 1 моль H2O і виділиться 1 моль H2SO4 . Звідси електрохімічні еквіваленти цих речовин:
-
Розраховуємо змінювання маси компонентів електроліту акумулятора під час його розрядження :
-
витрати води
-
виділення сірчаної кислоти
-
Визначимо процентну концентрацію сірчаної кислоти, користуючись даними за допомогою методу інтерполяції:
г
г
При г
-
Визначаємо масу електроліту в розрядженому акумуляторі як A1 та визначаємо:
-
кількість сірчаної кислоти у електроліті розрядженого акумулятора
-
вміст води
.
В електроліті зарядженого акумулятора маса сірчаної кислоти дорівнює
а маса води
Склад електроліту зарядженого акумулятора відповідає співвідношенню:
г.
Об'єм електроліту розрядженого акумулятора :
Маса електроліту зарядженого акумулятора A2 :
Об'єм електроліту зарядженого акумулятора V3:
4.Визначаємо значення коефіцієнта використання сірчаної кислоти Kвик, що розраховуємо як відношення маси кислоти, яка бере участь в електрохімічному процесі, до загальної маси кислоти в електроліті зарядженого акумулятора.
.
Завдання 1.2
Габаритні розміри акумулятора складають 62842,5˟143 мм, маса m=0,74 кг. Під час розрядження струмом I = 4,05 А акумулятор проробив τ=10,06 год., з них τ/=2,45 год. з напругою U/сер=1,65 B, інший час τ//=7,61 год.˗˗ з напругою U//сер=1,44 B.
Визначити питомі характеристики акумулятора.
Розв’язання
-
Розрядна ємність акумулятора
-
Енергія, що віддана акумулятором
-
Об'єм акумулятора
-
Питома ємність:
-
за масою
-
за об’ємом
-
Питома енергія:
-
за масою
-
за об’ємом
.
Завдання 1.3
Під час зарядження нікель-залізного акумулятора струмум І=12,1 А за перші τ1=2,1 год. процесу виділилося V1=3,09 л газу з парціальним тиском кисню P/O2=0,135 атм., P/H2=0,705 атм. За наступні τ1=2,09 год. заряду виділилося V2=8,1 л газу з P//O2=0,361 атм. і P//H2=0,405 атм.
Розрахувати віддавання акумулятора за струмом за перші та наступні години зарядження, а також загальне віддавання за струмом.
Розв’язання
Оскільки обмежувачем ємності акумулятора є оксидно-нікелевий електрод, то віддавання за струмом розраховуємо за кількістю кисню, що виділяється на зазначеному електроді.
-
Електрохімічний еквівалент кисню дорівнює
-
Об'єм кисню, що виділився за перші 2,1 години зарядження
-
Віддавання за струмом за зазначений період зарядження
-
Об'єм кисню, що виділився за останні три години зарядження
-
Віддавання за струмом за останні три години зарядження
-
Середнє віддавання за струмом
=0,5·(99,46+99,84)=99,65, %.
Завдання 1.4
Робоча поверхня одно полярних пластин одиночного свинцевого акумулятора батареї дорівнює S=122,5 м2. У просторі між електродами шириною ℓ1=4 м вставлено дерев’яний сепаратор товщиною ℓ2=1,25 м. Об’ємна пористість дерев’яних сепараторів складає П1=67,5 %, сепараторів із скла та войлоку ˗ П2=84,5 %. Коефіцієнт звивистості дерев’яних сепараторів дорівнює К1=1,520, сепараторів із скла та войлоку – К2=1,130.
Розрахувати зниження напруги в електроліті для простору між електродами одиночного акумулятора під час розрядження його струмом І=2,5 А:
-
На початку процесу з ;
-
Наприкінці розряду, коли ;
Розв’язання
Опір електроліту складається з опору електроліту Rел у вільних зазорах між електродами і сепараторами та опору електроліту в порах сепараторів – дерев’яного Rд та з скла та войлоку Rс-в.
-
Опір електроліту в зарядженому акумуляторі з щільністю, що дорівнює :
За допомогою методу інтерполяції розрахуємо:
- -
1,250 - 72 1,100 - 53
1,260 - 71,67 1,110 - 56
Де ℓ1= ℓ-( ℓ2+ ℓ3) - товщина шару електроліту в проміжку між електродами, що не зайнятий сепараторами.
-
Падіння напруги в електроліті на початку розряду
-
Опір електроліту з щільністю, що дорівнює :
-
Зниження напруги в електроліті наприкінці розрядження
(під час розрахунків не враховують зниження напруги в електроліті усередині пор активної речовини).
Завдання 1.5
Батарея свинцевих акумуляторів заряджалася струмом I=5,5 А, протягом τ=14,6 год. за середньої напруги V3=6,1 В. Під час розрядження струмом I1=6 А батарея віддала свою ємність протягом τ1=9,6 год. за середньої напруги Vp=5,71 В.
Визначити віддавання батареї за струмом та енергією.
Розв’язання
-
Віддавання за струмом
-
Віддавання за енергією
.