3. Аккумуляторы = вторичные источники тока
Козадеров О.А. 2015 г.
многоразового использования
содержат ограниченный запас окислителя и
восстановителя
после полного израсходования активных
веществ масс могут быть приведены в
рабочее состояние под действием
электрического тока
катод => «положительный электрод»
анод => «отрицательный электрод»
5. Первый действующий образец
1859 г., Гастон Плантэ
(Франция)
Два свинцовых листа,
разделенных полотняным
сепаратором, свернутых в
спираль и вставленных в
банку с серной кислотой
Козадеров О.А. 2015 г.
6. Материалы элемента
и парциальные процессы на электродах
Анод (отрицательный электрод)
Губчатый свинец
H2SO4 H+ + HSO4
-
Pb + HSO4
- = PbSO4 + H+ + 2e (Е0 = -0,356 В)
Катод (положительный электрод)
Оксид свинца (IV) PbO2
PbO2 + 3H+ + HSO4
- + 2e = PbSO4 + 2H2O (Е0 = 1,685
В)
Электролит
Раствор H2SO4 (28-40%)
Standard potentials: Chemistry The Central Science 12th Edition
Козадеров О.А. 2015 г.
7. Токообразующая реакция
Pb + PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O
1. При разряде расходуется серная кислота, электролит
разбавляется водой
2. На обоих электродах образуется малорастворимый
сульфат свинца (II).
Козадеров О.А. 2015 г.
8. Плотность растворов серной кислоты
, г/мл а(H2SO4) a(H2O) U, В
1,050 0,0069 0,96 1,890
1,334 118 0,48 2,174
Измеряя плотность раствора электролита,
можно судить о степени разряда свинцового
аккумулятора
Козадеров О.А. 2015 г.
10. Побочные электрохимические процессы
Козадеров О.А. 2015 г.
коррозия положительного электрода
Pb + 6H2O = PbO2 + 4H3O+ + 4e–
выделение кислорода на положительном электроде
3H2O = ½ O2 + 2H3O+ + 2e–
выделение водорода на отрицательном электроде
2H3O+ + 2e– = H2 + 2H2O
восстановление кислорода на отрицательном электроде
½ O2 + 2H3O+ + 2e– = 3H2O
11. Сульфатация электродов
Постепенный переход
рыхлого мелкокристаллического PbSO4
в плотный слой сульфата свинца
Аккумулятор с сульфатированными
электродами трудно поддается
заряду, вместо восстановления по
схеме PbSO4Pb на отрицательном
электроде начинается выделение Н2
Козадеров О.А. 2015 г.
12. Сульфатация электродов
Происходит:
1. при систематических недозарядах аккумулятора
2. при его хранении в разряженном состоянии
Избежать сульфатации можно, периодически
подзаряжая аккумулятор.
Если электрод уже сульфатирован, то нужно
заполнить аккумулятор РАЗБАВЛЕННОЙ серной
кислотой или даже ДИСТИЛИРОВАННОЙ ВОДОЙ и
заряжать малыми токами.
Козадеров О.А. 2015 г.
13. Уход и эксплуатация
1. Хранить только в ЗАРЯЖЕННОМ состоянии
2. Регулярно доливать ДИСТИЛЛИРОВАННУЮ ВОДУ
При коррозии свинца и при перезаряде вода
разлагается
3. Помещение, в котором производится заряд,
должно хорошо вентилироваться (выделяются
токсичные стибин SbH3 и арсин AsH3)
Козадеров О.А. 2015 г.
14. Применение свинцовых аккумуляторов
Козадеров О.А. 2015 г.
в системах резервного хранения энергии
аккумуляторы глубокого разряда, тяговые батареи
не обладают высокой мощностью, но обеспечивают энергией в
течение длительного времени
на транспортных средствах с двигателями внутреннего
сгорания
автономные источники электропитания
обеспечивают очень большую мощность, требуемую для запуска
двигателя
обеспечивают энергией систему низкотокового
электрооборудования транспортного средства
в мобильных устройствах применяться не могут
очень тяжелые устройства с низкой удельной энергией около 40
Вт/кг
15. Преимущества и недостатки
+ -
Козадеров О.А. 2015 г.
надежность
долговечность
низкая стоимость
производства
возможность
неоднократной
переработки
свинец - металл, опасный
для окружающей среды
длительный процесс
заряда
малая
производительность при
низкой температуре
17. Ионный перенос через твердый электролит
Козадеров О.А. 201517
11 Al2O3 - x Na2O (x = 1.0 - 1.6)
http://iopscience.iop.org/0953-
8984/6/7/005/pdf/0953-8984_6_7_005.pdf
Na
Al
O
19. Дополнительная токообразующая реакция
Козадеров О.А. 201519
После формирования Na2S3 разряд аккумулятора следует прекратить,
так как если будут сформированы Na2S2 и Na2S, они могут кристаллизоваться,
что нарушит работу устройства.
20. Аккумулятор ZEBRA
(ZEolite Battery Research Africa)
Устройство Электрохимическая ячейка
(–) Na | β-Al2O3 | NaAlCl4, NiCl2, NaCl, Ni (+)
Анод:
расплав натрия
Катод:
смесь порошка никеля, хлоридов,
алюминиевой пудры и расплавленного
хлороалюмината
Сепаратор = твердый электролит:
бета-глинозем
t = 250 °С
Козадеров О.А. 201520
26. Проточный аккумулятор
это электрохимическое устройство, которое
преобразует химическую энергию электрохимически
активных веществ непосредственно в электрическую
энергию, подобно обычному аккумулятору.
Электрохимически активные вещества в проточном
аккумуляторе хранятся, в основном, вне устройства и
вводятся в него с электролитом только во время
работы
Козадеров О.А. 201526
28. Типы проточных аккумуляторов
Редокс-аккумулятор Гибридный аккумулятор
система, в которой все
электрохимически
активные вещества
растворены в жидком
электролите
система, в которой один
или более
электроактивных
компонентов хранятся
внутри устройства
Козадеров О.А. 201528
29. Схема редокс-аккумулятора
Козадеров О.А. 201529
http://tech-24.ru/img/03-2014/redoks_akkumuljator.jpg
Ванадиевая редокс-
батарея – наиболее
распространенный тип
перезаряжаемой
проточной
батареи, которая
использует ионы ванадия
в различных степенях
окисления для хранения
химической энергии