1598005409-d822585ccc08cc47a0cab5184af6a524 (811208), страница 24
Текст из файла (страница 24)
В плоских ВЦ элементах используют пластинчатый катод толщиной 0,5 — 2.0 мм, пористый цинковый анод н загущенный электролит; в корпусе имеется отверстие для поступления кислорода. Воздушно-цинковые элементы рассчитаны иа длительный непрерывный илн прерывистый разряд током 1тооо и ниже, Оин имеют стабильную разрядную характеристику при среднем напряжении 1,25 — 1,15 В (20оС) и работоспособны без существенной потери емкости в интервале температуры от +40 до — 1О'С, С ростом температуры емкость снижается из-за того, что гидрофобность угольного электрода посчепенно падает, ои пропитывается электролитом и теряет электрохимическую активность.
Прямой контакт электрода с воздухом ограничивает срок службы элемента по ряду причин: происходит карбонизация электролита, в периоды пауз цинковый электрод окнсляется кислородом н снижает емкость, а загущенный электролит плоского элемента теряет влагу и отслаивается.
В качестве примера на рис. 4.12 даны разрядные характеристики дискового ВД элемента емкостью 0,3 А.ч ~ 16 рц ду ура Рнс. 422, Раэрнлиме характеристики шелоцамк малогабарнтныа элементов: à — нвртвнцвво-цннновыа; у — оврвбрнно-цнвновыа; р— ртутно-цннновыа;  — воваушно.цннновыа для слуховых аппаратов фирмы ЧАЛА (ФРГ), а также МЦ, РЦ н СЦ элементов аналогичных размеров. Удельная энергия ВЦ элемента массой 1,75 г (диаметр 11,5 мм, высота 5,4 мм) превышает 200 Вт ч/кг, илн 700 Вт ч/дмэ.
Воздушно-марганцвво-цинковые алементы. Разновидностью ВЦ элементов являются воздушно-марганцевоцннковые (ВМЦ) элементы, в состав катода которых введено некоторое количество МпОэ. В результате в 122 период увеличения тока разряда, когда скорость реакции (4.8) ограничивается условиями диффузионного контроля по кислороду, начинает протекать разрядная реакция (4.2). Кроме того, диокснд марганца каталнтическн разлагает пероксид-нои. Представителем ВМЦ элементов является элемент чашечной конструкции батареи «Крона ВЦэ (рис.
4.13). Электроды размещены в полнвииилхлоридном корпусе 1, 1 выполненном в форме плосу кой коробочки. Нижняя часть корпуса заполнена цинковой активной массой Б, содержащей 1% желтого оксида рту- 7 а тн. Положительный электрод имеет вид двухслойной плоской таблетки, армированной стальной сеткой. Активная масса электрода содержит 50% древесно-угольной пыли, 309р пиролюзнта н 20$ ацетиленовой сажи.
Древесно- угольная пыль обладает влектрокаталнтическими саойствамн, сажа благодаря высокой влагоемкостк препятствует высыханию активной массы. В наружный слой электрода 2 введен гидрофобизатор (парафии), внутренний слой 3 гидрофклеи. Электроды разделены слоем загущенного электролита 4, в состав которого входит 12 моль1л КОН, 0,6 моль1л 2пО и загуститель (крахмал и пшеничная мука).
Сквозь дно корпуса проходит спиральный токоотвод 6 отрицательного электрода, жестко зафиксированный с помощью эпоксидной герметизнрующей композиции 7. Элементы собраны в батарею последовательно таким образом, что токоотвод одного прижат к положительному электроду соседнего, а все семь образуют секцию столбчатой формы. Секция помещена в металлический нли пластмассовый корпус с фигурными выводами на крышке, к которым подведены токоотводы от крайних элементов.
В крышке имеется отверстие, через которое кислород поступает внутрь батареи. В период хранения 1И Рнс. 4.И. Устройство аоадушно-марганнеао.нннноаого элемента батарее «Крона ВЦз: г — корпус; р — гндроеабпыа слаа пплоыптельпаго влектрпдв; а — гпдраенльзыа слал нолоыптельного злектродвг а— елзктролнт; р — внезапен масса атрпнетельныа злектроап; 6 — токаатвод; у — зпокенднвн коыпозннпп батарея изолирована от окружающей атмосферы полкэтнленовым чехлом.
Согласно ГОСТ 17659 — 79 батарея «Крона В1Ь с номинальным напряженнем 9 В предназначена для питания портативных радиоприемннков н прн контрольном прерывнстом разряде (4 ч в суткн при 25'С) через внешнее сопротввленне 900 Ом должна работать не менее 85 ч. Батарея работоспособна в интервале температуры от +50 до — 1О'С н после хранения в теченпе 9 мес нмеет емкость, равную 0,6 С®„~. Близкие характеристнкн нмеет батарея сКорундэ, которая отличается измененным составом положительной активной массы, Пркмененне нскусственного днокснда марганца марки ЭДМ-2 позволило повысить разрядное напряженне на элементе примерно на 0,1 В и благодаря этому уменьшить число элементов в батарее до 6, увелнчнв емкость примерно на 15%. 4.3.
Элементы с нвводннм энвитрвнмтвм Для большннства первичных источников тока разлнчных сметем а качестве анодного материала используют цинк, который удобно сочетается с целым рядом катодных активных веществ. Многолетннй опыт производства н эксплуатация подтвердил несомненные техннко-экономнческне пренмущества подобных элементов н батарей.
Однако задачи дальнейшего коренного повышения удельных характернстнк, расшнрення диапазона рабочей температуры, удлинения срока службы не могут быть решены усовершенствованнем н модерннзацней традиционных ХИТ. Требуются нсточинкн тока нового поколения, использующие более энергоемкие электрохнмнческке снстемы прн условии приемлемых расходов на нх массовое нзготовленне. Наиболее перспектнвиымн среди ннх представляются литневые элементы н батареи. Лнтнй известен как сильный восстаповнтель, обладающий среди металлов наиболее высокой теоретнческой удельной емкостью (см. табл. 2.!).
Расчеты показалн, что литиевый источник тока должен иметь беспрецедентно высокие электрические н эксплуатационные характернстнкн. Однако воплотить в реальную конструкцию лнтневую систему долго не удавалось, поскольку в водных растворах лнткй актнвно реагирует с но- 124 нами гидроксония (гидратированным протоном), подвергаясь быстрому саморазряду. Успехи в области исследования апротонных электролитов позволили в 1960-е годы реализовать идею литиевого элемента. Первые опытные образцы подтвердили теоретические прогнозы.
Литиевые элементы с хлорндными, фторндными, а позднее и оксидными катодами имели разрядное напряжение выше 2,5 В и удельную энергию больше 200 Вт.ч/кг. Применение жидких катодных окислителей позволило в наиболее благоприятных условиях разряда достигать 500 Вт ч/кг„что в 3 — 4 раза превышает удельную энергию РЦ и СЦ элементов. Поскольку литий в апротонной среде вполне устойчив, литиевые элементы могут иметь многолетний срок хранения при незначительной потере емкости за счет побочных процессов. В настоящее время в некоторых странах налажен промышленный выпуск литиевых элементов и батарей, исчисляемый сотнями миллионов штук в год, емкостью в диапазоне от 30 мА ч до 17 кА ч.
Небывало высокие параметры этих источников тока позволяют заметно снизить размеры и массу аппаратуры, комплектуемой автономными источниками питания. Не менее важно и то, что они стимулируют разработку новых видов современной техники. Вопросы теории лптневых влементов. Среди многих вариантов системы литий †окислите наиболее удачными оказались электродные пары литий †диокс серы, литий в тионилхаорид, литий в полифторуглерод, литий †диокс марганца в среде апротонных электролитов. Металлический литий электрохимнческн хорошо совместим с апротонными электролитами. Это означает, что литий устойчив в таком электролите н способен анодно окисляться с заданной скоростью в условиях работы гальванического элемента, Апротонный электролит представляет собой неорганическую соль лития, растворенную в органическом (реже неорганическом) апротонном дияояярнок растворителе (АДР).
Практическое прнмененяе нашли те немногие соли лития, которые удовлетворительно растворяются в АДР и обеспечивают раствору достаточно высокую электрическую проводимость. К ним относят перхлорат и бромид лития, а также некоторые литиевые соли с комплексными анионами, такие, как 1.1А1С1о Е(ВР4, (.1АзРв АДР имеют ряд особенностей, которые абусловилн применение их в источниках тока: малая подвижность водорода в молекуле таких растворителей, способность растворять органические и неорганические вещества, включая газообразные; наличие днполя, который вызывает днссоцнацню солей и образование комплексов с неорганическими ионами.
Такие свойства присущи, в частности, некоторым простым н сложным главным образом циклическим эфирам, Нередко используют смеси АДР, облвдающне оптимальным соотношением требуемых параметров. В литиевых элементах используют электролиты на основе АДР, которые имеют удельную электрическую проводимость не ниже 0,1 См/м, обеспечивают нормальное протекание катодной токообразующей реакция, не подвергаются побочным химическим и электрохимнческим реакциям, обладают широким температурным интервалом жидкого состояния (1„ с — 40'С), относительно недороги и безопасны в обращении. Электролитдолжен содержать минимальное количество воды н других вредных примесей. Разрядная реакция литиевого анода сводится к иоинзации лития: 1.?~1.1++э-. Стандартный электродный потенциал чистого лития в литнйсодержащем электролите иа основе, например, пропиленкарбоната составляет — 2,89 В.
В реальном элементе поверхность литиевого электрода всегда закрыта сложной по составу фазовой пленкой нз продуктов взаимодействия лития с солью, растворителем н примесями. Ее наличие оказывает значительное влияние как на величину равновесного потенциала, так н на кинетические закономерности электрода. Благодаря именно защитной пленке электродная поверхность поддерживает стационарное состояние и предохраняет анод от саморазряда, а ее катионная праводнмасть сохраняет способность лития к растворению с высохой скоростью (до 5 кА/м').
В качестве катодиого активного вещества успешно используют твердые акислители — оксиды (МпОм СпО и ЧзОз), сульфиды (Спб и Реб), некоторые солй. Катодные реакции протекают по такому же твердофазному механизму, как и в водных растворах; роль протона выполняет катион лития, имеющий малый ионный радиус (7,8.10-' нм) и относительно высокий коэффициент диффузии. Например, разряд оксидномарганцевого 1М катода описывается уравнением, аналогичным (4.2): МпОе+ х1.1+ + хе- Мп001.1х Особое место среди катодных материалов занимает полифторуглерод (СР„)„получаемый фторированием графита н имеющий высокую энергоемкость. Катодиая реакция сводится к восстановлению распределенного в решетке графита фтора до фторида по уравнению (С~.дп + пхе ~4 + пх ~ в протекает при плотности тока до 100 А/м' и приемлемой величине поляризации.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
