Москатов Е.А. Источники питания (2011) (1096749), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Электролит — раствор едкого кали. Разность потенциалов одного серебряно-цинкового аккумуляторного элемента составляет около 1,5 В. Корпусы никель-железных аккумуляторов электрически подключают к отрицательным электродам, а никель-кадмиевых — к положительным. Покрытие положительно заряженных пластин никель-кадмиевых аккумуляторов изготавливают из %(ОН)з (гидрата окиси никеля). Отрицательно заряженные пластины выполняют из смеси кадмия и железа.
Пластины отрицательно заряженных электродов располагают между положительно заряженными пластинами. При заряде иикель-кадмиевых аккумуляторов атомы калия реагируют с гидра- тами металлов отрицательных электродов, что можно записать так: Ре(ОН)2+ 2К = 2КОН е Ге; Сд(ОН)т + 2К = 2КОН + Сд; а на положительном электроде происходит следующая реакция: 4%(ОН)2 + 4ОН = А!(ОН)п Разность потенциалов, вырабатываемая одним никель-кадмиевым аккумуляторным элементом, составляет около 1,25 В 164, с.
2911. ьв. Аккумуляторы 23 Во время разряда аккумулятора на нагрузку возникает обратная реакция: 4%(ОН)з + 4К = 4КОН + 4%(ОН)ь К достоинствам никель-кадмиевых аккумуляторов можно отнести большее число циклов заряда-разряда (иногда более тысячи) и возможность функционирования при более низкой температуре, чем у свинцово-кислотных аккумуляторов. Никель-кадмиевые аккумуляторы важно полностью разряжать перед очередным зарядом, поскольку в противном случае на электродах возникают кристаллы кадмия, что приведет к потере емкости. Это явление называют "памятью". 1.6.4.
Литий-ионные аккумупяторы Литий-ионные аккумуляторы (1.1-1оп), по сравнению с никель-кадмиевыми, обладают значительно лучшими энергетическими показателями (более чем в два раза выше энергетическая плотность), обладают низкими саморазрядом и внутренним сопротивлением (обычно не превышает 3% в месяц) и не имеют эффекта "памяти". Кроме того, литий-ионные аккумуляторы при надлежащем обращении безопаснее свинцово-кислотных.
Благодаря этим достоинствам, они нашли широкое применение в сотовых телефонах, ноутбуках, переносных радиостанциях и пр. Первый промышленный литий-ионный аккумулятор был изготовлен компанией "акопу" в 199! году, хотя опыты по созданию батарей с использованием лития были начаты Г. Н. Льюисом (О.
14. 1.еечз) еще в далеком 1912 году. Общим недостатком первых литий-ионных аккумуляторов была взрывоопасность, поскольку появлялись дендриты, и в дальнейшем возникало короткое замыкание Электродов, сопровождаемое обильным тепловыделением. Из-за этого от использования металлического лития пришлось отказаться, а положительные электроды стали выполнять из литий- кобальт оксида (1.1СоОт), несмотря на то, что это существенно уменьшило энергоемкость. Отрицательные электроды литий-ионных аккумуляторов компании "Ьопу" изготовляют из кокса.
Другие фирмы для этого чаше используют графит. Между электродами располагают сепаратор (обычно — пористый полипропилен). Литий-ионные аккумуляторы заключают в герметичные корпуса, чтобы воздух не попадал внутрь, поскольку в противном случае произойдут химические реакции с материалами электродов и электролитом, в результате чего аккумулятор будет испорчен. Электролит этих аккумуляторов — жидкий, органический. При заряде литий-ионных аккумуляторов на поверхности отрицательных электродов происходит интеркаляция ионов лития с графитом или коксом, а на положительном электроде — деинтеркаляция лития из оксида в электролит. Реакцию на положительных пластинах запишем так: 1.1~ „СоОг + х(.1' + хе — 11СоОь а на отрицательных пластинах так: С).1„- С + х).1 ь хе .
При разряде реакции протекают в обратном направлении. Таким образом, ни при заряде, ни при разряде не выделяется химически чистый литий — он постоянно фигурирует в роли ионов и оксидов. Литий-ионные аккумуляторы допускают от 500 до 1000 циклов заряда-разряда. Отдельные приборы могут питать аппаратуру при температурах от -40 до +60 'С. Внутреннее сопротивление литий-ионных аккумуляторов обычно находится в диа- 24 Общее представление об источниках питания пазоне от десятков до нескольких сотен миллиом.
Напряжение, вырабатываемое одним элементом литий-ионного аккумулятора, составляет около 3,6 В. Основные недостатки литий-ионных аккумуляторов: ° недопустимость глубокого разряда, что вызывает выход аккумулятора из строя; ° старение, в результате которого уже через два-три года аккумулятор теряет больше половины емкости, даже если не используется. Короткое замыкание клемм электродов заряженного литий-ионного аккумулятора приводит к обильному тепловыделению в аккумуляторе, в результате чего может последовать взрыв.
Во избежание этого в корпусы некоторых разновидностей литий-ионных аккумуляторов встраивают специальные системы защиты, которые отслеживают температуру и напряжения на электродах, при необходимости ограничивая токи разряда и заряда. 1.6.6. Литий-полимерные аккумуляторы В литий-полимерных аккумуляторах (! !-ро!ушег), в отличие от литий-ионных, отсутствуют сепараторы и жидкий электролит.
Вместо них используется гелевый гомогенный электролит с солями лития или сухой композиционный полимер с солями лития (обычно на основе полиэтиленоксида), или же неводный раствор солей лития. Литий-полимерные аккумуляторы характеризуются низким саморазрядом н обладают примерно в 4,5 раза большей энергоемкостью, чем никель-кадмиевые аккумуляторы такой же массы. Они обычно допускают от 500 до 600 циклов заряда-разряда. Широко распространены малогабаритные литий-полимерные аккумуляторы пуговичной формы толщиной всего ! мм. Кроме того, данные аккумуляторы имеют наименьшую массу относительно рассмотренных выше аккумуляторов и не перезаряжаемых элементов питания при одинаковой энергоемкости. Последнее определило ареал внедрения литий-полимерных аккумуляторов: КПК, пейджеры, мобильные телефоны, ноутбуки, и, особенно, радиоуправляемые модели.
Недостатки литий-полимерных аккумуляторов: ° более низкая энергетическая плотность, чем у литий-ионных аккумуляторов; ° высокое внутреннее сопротивление, из-за которого литий-полимерные аккумуляторы не могут обеспечивать большие токи разряда; ° быстрая деградация, по причине которой литий-полимерные аккумуляторы через два-три года теряют большую часть энергоемкости даже при хранении. Литий-полимерные аккумуляторы не могут работать при отрицательных температурах окружающей среды и взрываются при нагреве сверх 70 'С, что может вызвать пожар. 1.6.6.
Краткий обзор некоторых перспективных типов аккумуляторов Кроме рассмотренных выше, существуют и другие типы аккумуляторов: свинцово-водородные, свинцово-оловянные, цинк-воздушные, лантан-фторидные, литий-фторные и др. Цинк-воздушные аккумуляторы обладают большой энергетической плотностью. Положительный электрод выполняют из цинка, отрицательный электрод— ъв. Аккумуляторы 25 это воздух, а электролит таких аккумуляторов — гидроксид калия.
Энергоемкость данных аккумуляторов достигает примерно 3,3 А ч. Лантан-фторидные аккумуляторы обладают очень большой удельной энергией на единицу массы, превышающей 1000 Вт ч / дм~. Положительный электрод лантан-фторидных аккумуляторов покрыт химически чистым лантаном, отрицательный электрод содержит фторид висмута, а электролитом является фторид лантана. Недостаток таких аккумуляторов заключается, в том числе, в ядовитых используемых материалах.
Литий-фторные аккумуляторы обладают большой удельной энергией на единицу объема, достигающей почти 6000 Вт ч / кг. Положительный электрод литийфторных аккумуляторов покрыт металлическим литием, отрицательный электрод— это газ фтор, а в качестве электролита выступает кристаллический фторид, Литийфторные аккумуляторы вырабатывают постоянное напряжение около 6 В.
Недостаток таких аккумуляторов заключается в наличии очень ядовитых веществ. 1.6.7. Ионисторы Первые ионисторы были разработаны в 1960-х годах в США. В 1978 году в СССР был создан первый отечественный ионистор К58-1. Затем были выпущены ионисторы марок К58-15, К58-16 и др. Ионистор (он же и//гасараз//ог, зирегсарап'- /ог, 8оЫ сарае//ог) — это специальный полярный прибор электрохимического действия с двойным электрическим слоем (е/ес/г/с с/оиЫе /ауег сарае//о«), обычно обладающий очень большой емкостью.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
