1598005409-d822585ccc08cc47a0cab5184af6a524 (Химические источники тока. Учебное пособие. Под ред. В.Н. Варыпаева, 1990u), страница 6

Судя по уравнениям электродных реакций (см. равд. 1.2) это не так, и поэтому в прнкатодном слое концентрация гидрокснд-иопов выше, а в приаиодном — ниже, чем в межэлектродном пространстве. Таким образом, первое назначение электролита— обеспечить электродные реакции участвующими в них ионами н молекулами.

Подвод ионов к электродной поверхности осуществляется, как правило, за счет миграции и диффузии. и скорость каждого из процессов существенно зависит от состава и концентрации электролита. Кроме того, от природы электролита зависят растворимость и структура твердофазных продуктов разряда. Поэтому электролит оказывает влияние н на концентрационную поляризацию, н на пасснвацию электродной поверхности при разряде, что в конечном итоге отражается на энергоемкости источника тока.

Второе назначение электролита — образовывать внутреннюю электрическую цепь между электродамн. Поэтому электролит должен обладать высокой ионной проводимостью. с»лаана» аннин — с»- стена реалнзованвс шарикова» линии — система в стевин реалнзаими; пункт»риз» янин»в система не преиетавлиет првптнческпто интереса К электролитам предъявляется и ряд других требований. Онн должны обладать стабильностью во времени и минимальной агрессивностью по отношению к активным веществам и конструкционным материалам, а также иметь невысокую стоимость; не должны оказывать вредное воздействие на окружающую среду. В подавляющем большинстве ХИТ применяют водные растворы электролитов. Находят применение н не- водные растворы электролитов.

Разрабатываются источники тока иа основе соленых расплааов, а также твердых электролитов. Среди водных электролитов широко распространены растворы гидроксидов калия и натрия. На рис. 2.3 показаны сочетания обратимых в щелочном электролите электродов, образовавших системы всех, за исключением свинцово-кислотного, наиболее распространенных современных аккумуляторов. Раствор КОН используется в ряде известных первичных элементов на основе системы Еп!КОН~Ме О„, где Ме ΄— МпОгм АцрО, НяО, а также Огп Щелочные электролиты обладают достаточно высокой электричес ои проводимостью в широком нн- и с пз оар тервале температуры за счет под- ривктпркммммосмие вижиостн как катиона, так н гид- системы на основе рокснд-иона.

Они относительно ела- нусяопипто вяемтэобо взаимодействуют с активнымн веществами (исключение составляет железный электрод); допускают применение в качестве коиструкцнонного материала малоуглеродистой стали и многих пластмасс; нетоксичиы и умеренно агрессивны по отношению к окружающей среде; доступны и недороги. Недостатком щелочных электролитов является подверженность карбоиизацин прн взаимодействии с углекнслым газом воздуха, что постепенно снижает электрическую проводимость раствора. Большое практическое значение в качестве электролита свинцового аккумулятора имеет серная кислота. К ее преимуществам следует отнести высокую электри- ческую проводимость, низкую температуру замерзания, невысокую стоимость.

Агрессивность этого электролита по отношению к окружающей среде удается подавить, например, применением специальных клапанов„в некоторых случаях использованием матричного электролита. Другие кислоты (например, хлорная н кремнефтаристоводородиая) применяются редко. Водные соленые электролиты обладают умеренной ионной проводимостью, их используют в некоторых первичных элементах, в частности в марганцево-цинковых, для которых невысокая электрическая проводимость не имеет решающего значения.

В невадных электролитах наибольший интерес вызывают системы с апротонными растворителями. Они позволяют применять в качестве анодного материала литий, обладающий наивысшей среди металлов теоретической удельной емкостью (см. табл. 2.1). Чаще других используют растворы перхлората лития в пропиленкарбонате и бромида лития в смеси ацетонитрила с прапиленкарбонатом.

Этн растворителн наряду с этилацетатом и у-бутиролактоном обеспечивают диссоциацию растворенных в них солей лития и приемлемую электрическую проводимость растворов. Расплавленные соли, которые сравнительно давно н успешно применяют в тепловых первичных батаренх (см. гл. 5), в настоящее время привлекли внимание в связи с разработкой новых типов аккумуляторов. Однако высокая рабочая температура (300'С и выше) активизирует коррозионные процессы и создает научно-технические проблемы, которые с трудом поддаются инженерному решению. Твердофазные электролиты нашли практическое применение лишь в последнее время. Оин характеризуются относительно высокой ионной проводимостью, котоая обеспечивается чаще всего одним из катионов. лектролит практически исключает побочные реакции, что дает ему преимущество перед другими типамн электролитов. Разновидностью твердого электролита является ионнообменный электролит, также обладающий уннполярной проводимостью.

Особое место занимают матрычные электролиты, Они представляют собой жидкие (вадиме или неводиые) растворы илн расплавы, зафиксированные в парах. непроводящега электролнтоносителя. Матрицей служит обычна тонкопористая диафрагма, плотно при- за легающая к электродам, При этом электролит приобретает полезное свойство — он становится нетекучим, хотя его электрическая проводимость снижается.

Эксплуатационные характеристики источников тока с таким электролитом существенно улучшаются. Разновидностью матричного электролита можно считать загпщенный электролит. Здесь функцию матрицы выполняет малоподвижная пространственная структура из макромолекул, образованных с помощью тнксотропиых добавок (крахмал, мука, кремнезем). 2.3. Сепараторы Основное назначение сепараторов ХИТ вЂ” предотвращать прямой контакт разноименных электродов во избежание короткого замыкания. Поэтому сепараторы изготовляют из диэлектрических материалов, а внутренняя электрическая цепь обеспечивается за счет ионной проводимости электролита, заполняющего поры или промежутки в несплошном сепараторе. В зависимости от особенностей электродных процессов н физико-химических свойств активных масс поваляются дополнительные функции сепаратора: механически удерживать активную массу, противодействуя разрушению электрода или росту дендрнтов; препятствовать проникновению продуктов разряда одного электрода к поверхности другого, устраняя вредные побочные реакции; обладать газопроницаемостью.

В элементах с матричным электролитом сепаратор становитси электролнтоносителем, удерживающим капиллярными силамн жидкий раствор или расплав у поверхности электродов. Сепараторы должны обладать химической стойкостью по отношению к электролиту н активным массам: особенно опасны как окислители положительные электроды. Важны также механические свойства, обеспечивающие, в частности, возможность применения автоматизированных линий сборки ХИТ, а также доступность сырья и дешевизна.

Различают сепараторы трех видов: разделители, пористые диафрагмы и ультрамнкропористые мембраны. Сепараторы-разделители являются, по существу, дистанционными прокладками, фиксирующими необходимый зазор между электродами. Они представляют собой тонкие стержни из винипласта, эбонита, стекла или зз Т а б л и и а 2.2. Характеристики пористых сепараторов аффектив- ные лнамегр иер, мвм ее «и ни „мг 8ео ,.

и оно е с е . ° и и ее о ой Наименование материала а ан ч Мипласт Минор Поровияил 39 — 42 50 — 55 60 — 85 35 10 — 20 5 07 — 1 40 8 — 15 4,0 — 5,0 4,5 — 5,5 3,5 — 4,0 0,3 — 1,0 (0,8 — 3,2) * 0,5 — 0,8 (1,4 в 1,6) * 0,5-0,8 (1,4 в 1,6) е 0,4 — 0,6 0,3 — 0,6 О,! Стеклосепаратор Хлорииоаая ткань Капроновая ткань (арт. 56003) Плелочестойкая бумага Нетканый полипропялеи Гидратцеллиьчоэпая влепив !00 Нрпвитый полиэтилеи 1,2 — 1,6 1,6 — 3,0 3,0 120 100 100 90 60 — 65 60 70 20 — 25 22 0,03ее 0,1 — 0,4 0,03ее 100 100 65 — 75 1,5 -25 8,0 10 — 20 20 0,04 0,03 0,04 * В скобках указана гвбаритиав гслщина с учетом ребер.

'* толщина в сулим анке. резиновый шнур; все шире применяют крупнояченстые сетки и решетки из полиэтилена илн вниипласта. Сепараторы-пористые диафрагмы образуют группу разнообразных материалов с тонкопористой структурой. Они имеют гладкую или ребристую поверхность и используются в виде карточек, лент илн конвертов. К мнкропористым сепараторам с максимальным эффективным диаметром пор ниже 80 мкм относятся микропористый эбонит (мнпор), микропористый виннпласт (мипласт) и некоторые другие. К макропорнстым сепараторам с максимальным диаметром пор порядка 80— 300 мкм относятся различные синтетические ткани, волокнистые и нетканые материалы, а также бумага.

Сепараторы-улырамикропористые мембраны представляют собой полимерные материалы, взаимодействующие с электролитом. В исходном состоянии такой сепаратор беспорист, однако при набухании мембрана увеличивается по толщине, при этом появляются межмолекулярные поры эффективного диаметра 2 — 40 нм, по которым осуществляется перенос ионов. В отличие от диафрагм, которые ннертны по отношению к электролиту, набухающие мембраны проявляют селективность, влияющую на проводимость и диффузию тех нли иных ионов. Взаимодействуя с электролитом, мембраны нередко подвергаются разрушению, поэтому сепаратор обычно применяют многослойным.