1. Вторичные химические источники
тока

2. – после израсходования активных масс могут быть
приведены в рабочее состояние пропусканием
электрического тока через элемент в обратном направлении
– многоразового использования
2
Вторичные ХИТ (аккумуляторы)

3. Свинцовые аккумуляторы

4. 4
Первый действующий образец
 1859 г., Гастон Плантэ
(Франция)
 Два свинцовых листа,
разделенных
полотняным
сепаратором,
свернутых в спираль и
вставленных в банку с
серной кислотой

5. 5
Парциальные процессы на
электродах
 Анод
– Губчатый свинец
H2SO4 → H+ + HSO4
-
Pb + HSO4
- = PbSO4 + H+ + 2e
 Катод
– Оксид свинца (IV) PbO2
PbO2 + 3H+ + HSO4
- + 2e = PbSO4 + 2H2O
 Электролит
– Раствор H2SO4 (28-40%)

6. 6
Токообразующая реакция
Pb + PbO2 + 2HSO4
- + 2H+ = 2PbSO4 + 2H2O
или
Pb + PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O
Выводы:
1. При разряде расходуется серная кислота.
2. На обоих электродах образуется
малорастворимый сульфат свинца (II).

7. 7
Напряжение разомкнутой цепи
( - ) Pb | H2SO4 | PbO2 (+)
Uр.ц = Е
(совпадает с напряжением
электрохимической системы элемента!)
Е = 2,047 + 2,3(RT/F) lg(aH2SO4/aH2O)

8. 8
Плотность растворов серной
кислоты
ρ, г/мл а(H2SO4) a(H2O) E, В
1,050 0,0069 0,96 1,922
1,334 118 0,48 2,190
Вывод: Измеряя плотность раствора электролита,
можно судить о степени разряда свинцового
аккумулятора

9. 9
Особенности разряда и заряда
свинцовых аккумуляторов.
1. Пассивация электродов
При малых токах разряда вместо рыхлого,
пористого PbSO4 образуется плотный
мелкокристаллический слой сульфата
свинца – электроды пассивируются.
 Для уменьшения пассивации вводят
специальные добавки, адсорбирующиеся
на поверхности свинца и
способствующие росту более крупных
кристаллов PbSO4

10. 10
2. Осыпание активной массы
электродов
Пассивация электродов при разряде может
привести к осыпанию активной массы
электродов при заряде.
 Для уменьшения осыпания в активную
массу катода вводят связующие
волокнистые материалы

11. 11
3. Сульфатация электродов
При хранении свинцового аккумулятора в разряженном
состоянии и при систематических недозарядах
происходит постепенный переход от рыхлого
PbSO4 в плотный слой сульфата свинца.
 Аккумулятор с сульфатированными электродами трудно
поддается заряду, вместо восстановления по схеме
PbSO4→Pb на отрицательном электроде начинается
выделение Н2.
 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.

12. 12
Конструкция свинцовых
аккумуляторов
1 – эбонитовый корпус
2 – цельная крышка корпуса
3 –положительный зажим
4 – указатель уровня электролита
5 – вентиляционно-заливная пробка
6 – отрицательный зажим
7 – перегородка (сепаратор)
8 – соединитель
9 – скрепляющая скоба
10 – отрицательная пластина
11 – разделительная прокладка
12 – положительная пластина
13 – отстойная камера.

13. 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)

14. Литиевые аккумуляторы

15. Проблема циклирования литиевого
анода
 в качестве отрицательного электрода предполагалось
использовать металлический литий
 ПРОБЛЕМА: защитная поверхностная пленка, благодаря
которой Li может существовать в окружающей среде, в
данном случае играет негативную роль
– литий, выделяющийся из раствора при заряде, сразу
покрывается пленкой
– катодный осадок лития, образованный при заряде
аккумулятора, состоит из отдельных частиц, электрически
изолированных друг от друга и не способных к повторному
анодному растворению
– этот осадок пожаро- и взрывоопасен
 в настоящее время аккумуляторы с металлическим литием
производят в довольно ограниченном объеме

16. Взрыв литиевого ХИТ

17. Взрыв литиевой батареи ноутбука
Dell

18. Решение проблемы: литий-ионный
аккумулятор
 Растворитель – органический карбонатный (например,
пропиленкарбонат)
 Электролит – LiPF6
 Анод –углеродная матрица, в которую ионы лития
внедряются при заряде и извлекаются обратно при разряде
 Катод – литированный оксид переходного металла,
например LiCoO2

19. Решение проблемы: литий-ионный
аккумулятор

20. Токообразующая реакция:
непрерывная перекачка ионов Li+
 на катоде
Li1-xCoO2 + xLi+ + xē
↔ LiCoO2
 на аноде
LiC6 ↔ Li1-xC6 + xLi+ +
xē
 суммарная реакция
LiC6 + Li1-xCoO2 ↔
Li1-xC6 + LiCoO2

21. Характеристики литий-ионных
аккумуляторов
+ высокое разрядное
напряжение 3,5-3,7 В
+ ресурс 500-1000 циклов
+ диапазон рабочих температур
от –20°С до +60°С
+ нижний порог напряжения 2,0
- 2,5 В
− LiCoO2 токсичен и почти в 10
раз дороже других оксидов
+ LiNiO2 и LiMn2O4 дешевле и
экологически оправданны

22. Применение
 Электропитание портативной электроники
– сотовых телефонов
– видео- аудио- фототехники
– ноутбуков (лэптопов)
– беспроводного электроинструмента
 в 2000 году 67% всех Li-ion аккумуляторов было
предназначено для сотовых телефонов, 24% – для ноутбуков
и 9% приходилось на все остальные области применения
 В военной и космической технике
 Автомобильный транспорт
– развитие принципиально нового транспорта (сверхэкономичного,
экологически чистого) - автомобилей с гибридной
энергоустановкой и электромобилей - обусловлен, в том числе,
развитием литий-ионных аккумуляторов