151470 (733036), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Конструктивные типы литиевых элементов определяются общими правилами: для эксплуатации при повышенных токовых нагрузках предназначаются элементы с тонкими электродами, в основном рулонной конструкции, для получения максимальной удельной энергии используют набивные элементы. Схема устройства рулонных и набивных литиевых элементов показана на рис.2.6.2, а, б, на рис.2.6.2, в - схема конструкции дискового элемента.

Как правило, единичные литиевые элементы имеют емкость от 0,05 до 20. А*ч. Обычно потребителю не приходится коммутировать эти элементы в батареи; как правило, потребляющая аппаратура устроена таким образом, что в нее помещаются или единичные элементы, или батареи заводского изготовления. В большинстве случаев современная аппаратура рассчитана на напряжение до 9. Во, что соответствует батареям из 3-6 последовательно соединенных литиевых элементов.

Литиевые электроды изготавливают в основном из тонких листов (лент), которые напрессовывают или накатывают на токоотводы из сеток или пластин из меди, нержавеющей стали или никеля.

Положительные электроды изготавливают напрессовыванием, намазкой или иным способом нанесения активной массы на токоотвод. Токоотводы изготавливают из сеток (тканых или просечных), решеток, сплошных или пористых пластин и т.п. Активная масса электродов с твердым окислителем представляет собой смесь активного вещества, электропроводной добавки и связующего. В качестве электропроводных добавок используются почти исключительно углеродные материалы - сажа, графит, углеродные волокна и т.п. Связующим в большинстве случаев служат фторированные полимеры. Содержание каждой добавки в активной массе колеблется от 3 до 15% (по массе). Положительные электроды элементов с жидким окислителем изготавливают из углеродных материалов.

Разноименные электроды во всех элементах с жидким электролитом разделяются сепаратором. В элементах с электролитами на основе протонных органических растворителей сепаратор изготавливают из пористого полипропилена. Наибольшей популярностью пользуется материал "Celgard".

1.6. Воздушно-цинковые первичные источники тока

П ризматические ХИТ средней и большой ёмкости.

Воздушно-цинковые ХИТ средней и большой емкости (30-3300. А ч) выпускаются призматической формы в виде готовых к употреблению или требующих активации (резервных) ХИТ.

Готовые к употреблению ХИТ имеют монолитные цинковые аноды, блочные или карманные угольные катоды, прикрепленные к крышке корпуса (банке). Доступ воздуха обеспечивается через отверстие в крышке банки ("дыхательное" отверстие, которое закрывается газонепроницаемой пенкой при хранении ХИТ) или через выступающий торец угольного электрода. Электролитом служит 30-40%-ный раствор КОН или 20% -ней раствор NaOH. На дне сосуда имеется известь, необходимая для регенерации щелочи.

Некоторые фирмы выпускают ХИТ в прозрачных корпусах, что позволяет контролировать уровень электролита и степень использования цинка. По цвету осадка можно судить и о расходе извести, поскольку цинкит кальция имеет более темный цвет, чем известь.

Дисковые (пуговичные) и цилиндрические хит малой емкости

Малогабаритные портативные ХИТ выпускаются в основном в дисковом (пуговичном) варианте.

Они состоят из анодов с порошкообразным цинком, сепаратора с электролитом (30-40% -нам раствором КОН), тонкого катода с катализатором (обычно МпО"), гидрофобной (гидрозащитной) фторопластовой пористой пленки и воздухораспределительной мембраны (рис.2.7.5). Анод кроме цинка содержит электролит и ингибитор коррозии. Катод состоит из активированного угля, сажи, катализатора, гидрофобизатора (фторопласта) и металлической, обычно никелевой, сетки. Воздух поступает в ХИТ через отверстие в крышке, которое закрыто пленкой до начала работы ХИТ. С помощью специальной мембраны воздух равномерно распределяется по поверхности катода. Пористая фторопластовая пленка обеспечивает поступление воздуха к катоду и предотвращает попадание электролита на тыльную сторону катода. ГНПП "Квант" выпускает небольшими сериями цилиндрический ХИТ типоразмера 373.

В оздушно-марганцево-цинковые ХИТ. Схема конструкции одного элемента из батареи "Корунд ВЦ" приведена на рис.2.7.10 [2.7.3]. Элемент размещается в винипластовом корпусе 3, нижняя часть которого содержит отрицательный электрод 5. Активная масса анода состоит из цинкового порошка, электролита и ингибитора коррозии. Цинковый порошок имеет высокую чистоту (см. § 2.3.3).

Активная масса катода представляет собой двухслойную таблетку, армированную стальной сеткой и содержащую,%: диоксид марганца 35-40, ацетиленовую сажу 20 и активируемый уголь 40-45. Во внешний слой вводится гидрофобизатор (парафин или полиэтилен). Благодаря гидрофобизатору электролит не проникает в воздушную камеру. Катод отделяется от анода загущенным электролитом, содержащим КОН (12 моль/л), ZnO (0,6 моль/л) и загуститель (крахмал и пшеничная мука).

Ч ерез дно корпуса выходит спиральный токоотвод 7 отрицательного электрода, закрепленный герметизирующим слоем эпоксидной смолы. Шесть элементов собираются столбиком в батарею таким образом, чтобы токоотвод отрицательного электрода одного элемента прижимался к токоотводу положительного электрода другого элемента. Батарея имеет пластмассовый или металлический корпус с фигурными токовыводами на крышке, к которым подведены токоотводы от крайних элементов. После изготовления батарея помещается в полиэтиленовый изолирующий чехол и хранится в чехле до начала разряда.

1.7. Химические источники тока с алюминиевыми и магниевыми анодами

С алюминиевыми анодами и солевыми электролитами. Обычно выпускаются элементы призматической формы. Простейшая схема элемента приведена на рис.2.8.1. Он состоит из алюминиевого или магниевого анода, газодиффузионного воздушного электрода и электролитной камеры. При последовательном или параллельном соединении элементов получают батарею необходимой емкости и напряжения. Батарея имеет корпус с крышкой, к которой прикрепляются токоотводы электродов и в которой имеется клапан для отвода газов. На рис.2.8.2 приведена батарея воздушно-алюминиевых элементов, разработанная в МЭИ (ТУ). Материалом анода служил алюминий, модифицированный небольшими добавками (десятые и сотые массовые доли процента) галлия, олова и свинца. В качестве воздушных применяются двухслойные электроды толщиной 1-1,2 мм. Диффузионный слой состоит из гидрофобизатора (на основе суспензии фторопласта), сажи и металлической сетки. Активный слой содержит активированный уголь и фторопласт. Электролитом служил раствор NaCl (12-15% (по массе)), имеющий удельную электрическую проводимость при 18. °С 140-164 См/м.

В МЭИ (ТУ) также разработан воздушно-алюминиевый ХИТ погружного типа. Закрепленные на крышке электроды погружаются в сосуд с раствором NaCl. Для предотвращения токов утечки сосуд разделен на секции, имеющие дно и стенки и открытые вверху. Такая конструкция позволяет регулировать емкость ХИТ путем изменения размеров электродов и объема раствора электролита (объема секции). Такие ХИТ могут монтироваться у потребителя на любые емкость и напряжение из готовых воздушных и металлических электродов. Была разработана и успешно испытана погружая, батарея воздушно-алюминиевых элементов емкостью (без смены анодов) 300. А ч и напряжением 12. В, которая имела удельную энергию 300 Вт ч/кг.

Воздушно-алюминиевый ХИТ с щелочным электролитом. В качестве анодов используется алюминий высокой чистоты, легированный индием и другими металлами. Применяются пластины, порошки или стружка. Порошки или стружка загружаются между сетками в специальные рамки. В качестве катода служит газодиффузионный двух - или многослойный электрод, состоящий из диффузионного гидрофобного слоя, токопроводящей сетки и активного слоя, содержащего катализатор.

Э лектролитом является раствор КОН (6-8 моль/л), в который некоторые фирмы добавляют ингибитор коррозии, например станнит натрия. В большинстве ХИТ используется принцип механической замены анодов, в некоторых ХИТ периодически заменяется раствор электролита. Конструкции этих ХИТ относительно мало отличаются от рассмотренных ранее конструкций ХИТ с солевым электролитом. Сложнее устроены ХИТ, имеющие контуры циркуляции электролита. Воздушно-алюминиевый ХИТ большой мощности отличается от обычных ХИТ и практически является электрохимической энергоустановкой (рис.2.8.6). Раствор электролита с помощью насоса 3 поступает из батареи элементов 1 в теплообменник 4, где охлаждается, а затем в фильтр 5 резервуара раствора 7. Отфильтрованный раствор затем через термостат 8 и сепаратор 9 поступает в батарею элементов. Твердый осадок 6 из фильтра поступает на дно резервуара 7 и оттуда удаляется. В сепараторе 9 из раствора удаляются газы, прежде всего водород. Кроме приведенных на рис.2.8.6 частей, энергоустановка имеет систему автоматики, а также может включать инвертор, пробгазующий постоянный ток в переменный, трансформатор и систему использования выделяемой в элементах теплоты.

Марганцево-магниевыеХИТ. Производятся марганцево-магниевые ХИТ цилиндрической конфигурации в двух конструктивных формах: обычной и с внутренним анодом. Обычная форма аналогична форме цилиндрических марганцево-цинковых ХИТ с солевым электролитом. Элемент имеет внешний магниевый стакан, являющийся анодом, и внутренний прессованный или полученный экструзией катод с графитовым центральным токоотводом. Элемент снабжен клапаном для отвода газа при повышении давления. Элемент с внутренним анодом (рис.2.8.7) имеет два катода 1 с внешней и внутренней сторон магниевого цилиндрического анода 2. Анод отделяется от катода пористым бумажным сепаратором с раствором электролита. Катодный токоотвод 3 находится как в центре цилиндра, так и образует внешний цилиндр элемента. Элемент помещается в стальной луженый корпус. Магниевый анод содержит небольшие добавки алюминия и цинка. Катод состоит из,% (по массе): ацетиленовой сажи - 10, хромата бария - 3, гидроксила магния (буферная добавка) - 1, диоксида марганца - остальное. На 10 мае. ч. сухого вещества вводят 4 мае. ч. раствора электролита. Электролит содержит 1 ,2-2 моль/л Mg (C104) 2 и 0,2 г/л хромата лития.

При создании батарей элементов учитывается необходимость отвода теплоты при 20 °С и выше и изоляции при низких температурах окружающей среды. Принимается во внимание также необходимость удаления водорода.

2. Конструктивное исполнение электродов в резервных химических источниках тока

2.1. Водоактивируемые источники тока

Р азработаны и используются батареи биполярной и монополярной конструкций. Монополярные элементы соединяются проволочными или фольговыми токоотводами. Биполярные электроды соединяются слоем графита и связующего, нанесенного на магниевый анод или на сшивку из медной проволоки (в ХИТ с хлоридом меди). В батареях повышенного напряжения биполярной конструкции возникают токи утечки. Однако из-за относительно невысокой электрической проводимости электролита (для морской воды 2,9 См/м при О °С и 5,85 См/м при 30 °С) токи утечки в водоактивируемых ХИТ обычно невелики. В батареях, в которых используются электролиты с более высокой проводимостью, распределительные каналы между элементами имеют высокое электрическое сопротивление, существуют также другие способы снижения токов утечки.

Характеристики

Список файлов реферата