Химические источники электрической энергии

Хорошие рабочие характеристики при высоких температурах Вторичные эталоны напряжения, телевизионные устройства, радиоприемники, дозиметры, слуховые аппараты, транзисторные устройства, электронные часы Серебряно-цинковая

Zn — KOH — Ag2O Практически плоская разрядная характеристика, длительное сохранение емкости Слуховые аппараты, источники опорного напряжения, приборы, электронные часы По данным [6] первичные источники электрической энергии можно условно разделить на источники для миниатюрных, портативных и переносных устройств. По классификации, предложенной в [2], по областям применения батареи можно делить на стартерные, тяговые, транспортные (вспомогательные), стационарные, для приборов бытовой техники, а также источники специального назначения.

2.

1.1. Источники питания для миниатюрных устройств В связи с широким распространением слуховых аппаратов, электронных наручных часов и других миниатюрных устройств появилась большая необходимость использования источников электрической энергии с высоким соотношением удельной энергии к объему. Наиболее подходящими системами для изготовления таких батарей являются следующие: окись ртути — цинк, окись серебра — цинк, цинк — воздух и системы на основе лития. В слуховых аппаратах считается наиболее приемлемым использование ртутно-цинковых источников ввиду практически плоской разрядной характеристики, что позволяет прибору непрерывно и надежно функционировать в течение заданного, до сотен часов, времени. В наручных часах более распространены серебряно-цинковые источники, для которых характерна надежная работа в условиях коротких импульсов отбора тока порядка десятых долей миллиампера в течение месяцев и даже лет.

2.

1.2. Источники питания для портативных устройств Эта категория устройств включает в себя испытательное (диагностическое) оборудование, радиоаппаратуру, осветительные приборы и калькуляторы. Для таких приборов широкое распространение получили системы на основе лития, который является наиболее электроотрицательным элементов среди существующих в твердом состоянии при нормальной температуре. Литий используется в основном с безводными электролитами. Объемная емкость (в ампер-часах) литиевых элементов ниже по сравнению с ртутно-цинковыми, но за счет высокой химической активности лития, батареи на его основе нашли широкое применение в приборах, требующих более высокого напряжения. Нужно отметить, что в настоящее время литиевые элементы успешно конкурируют с более дешевыми элементами с водным электролитом.

2.

1.3. Источники питания для переносных устройств Для переносных устройств существенным оказывается требование к обеспечению соответствующей мощности, в то же время масса не играет решающей роли. Экономически выгодным оказалось применение герметичных никель-кадмиевых батарей. Эти батареи имеют высокую начальную стоимость, но имеют такие преимущества как большое количество циклов заряд-разряд и практически неограниченная сохраняемость при любой степени разряда без порчи электродов. Это свойство очень важно, например, в устройствах мощного импульсного освещения — фотовспышках.

После проведенного анализа литературы необходимо отметить, что сложно провести строгие границы между возможностями использования той или иной системы в конкретной области.

2.

2. Вторичные источники Поскольку вторичные источники электрической энергии имеют способность к перезарядке, то это обусловило их практическое применение в тех случаях, когда возможен свободный доступ к внешнему источнику электрического тока. Среди перезаряжаемых источников электрической энергии распространение получили свинцово-кислотные аккумуляторы. По масштабам промышленного производства аккумуляторы такой системы значительно преобладают над другими вторичными источниками. Широкий диапазон напряжений позволил использовать свинцово-кислотные аккумуляторы в различных тяговых, шахтных, фонарных системах, стартерных устройствах, например, в автомобилях. Существуют безуходные свинцовые аккумуляторы, не требующие ни контроля электролита, ни периодической доливки воды и кислоты. Область применения таких аккумуляторов включает в себя широкий диапазон бытовой электро-, радиои телеаппаратуры [2].

Долгое время были распространены и в настоящее время определенную нишу занимают щелочные аккумуляторы. Это элементы никель-кадмиевые и никель железные. Существуют также аккумуляторы серебряно-цинковый, серебряно-кадмиевый и др. Как и свинцово-кислотные аккумуляторы они могут быть использованы в приложениях После успехов, достигнутых при производстве литиевых элементов, усилия исследователей и технологов были направлены на обеспечение развития вторичных источников с литиевым анодом. В качестве активного материала катода распространены смешанные оксиды или фосфаты. В настоящее время номенклатура малогабаритных литиевых аккумуляторов обширна. Основные потребители их — производители сотовых телефонов, ноутбуков, портативной оргтехники, но приводятся сведения о возможности применения их практически любой области человеческой деятельности [3].

2.

3. Топливные элементы Исследование и техническое воплощение в реальной конструкции электродных пар водород-кислород, гидразин-пероксид водорода, метанол кислород показало, что подобные источники тока обладают непревзойденным сочетанием высокой удельной энергии со значительной мощностью при непрерывном разряде 1000−5000 часов. Особое значение они приобрели как автономные источники питания для космических и подводных исследований. С использованием топливных элементов была реализована американская программа полетов на Луну, они же служат блоками питания космических кораблей многоразового использования программы «Шаттл» [2].

Таким образом, были рассмотрены области применения трех типов химических источников электрической энергии. Было выяснено, что набор первичных источников, в первую очередь с цинковым анодом, используется в электрических приборах сравнительно малой мощности. Широкое применение обусловлено дешевизной, доступностью таких элементов. Перезаряжаемые (вторичные) источники применяются в тех случаях, когда требуется значительная мощность. В этом случае расход на одноразовые первичные источники был бы неприемлем. Было выяснено, что в ближайшей перспективе возможен практически полный переход на литиевые источники. Топливные элементы с газообразной активной массой возможно применять в тех условиях, когда есть сравнительно простой доступ к непрерывному поступлению реагентов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Эта работа представляет собой краткий обзор химических источников электрической энергии. В ходе написания реферата были определены главные исторические моменты процесса изобретения и развития химических источников тока. Было выяснено, что пространственно разделенные и локализованные окислительная и восстановительная реакции являются причиной возникновения разности потенциалов, которая может быть использована на нагрузку. Отмечены наиболее часто применяемые материалы, используемые для изготовления элементов химических источников электрической энергии: электродов, электролитов, сепараторов. Были выделены типы источников, их некоторые особенности и области применения.

Огромная потребность человечества в компактных, автономных химических источниках электрической энергии явилась причиной того, что общее число применяемых электрохимических систем, конструкций элементов и батарей, особенностей, характеристик и областей применения очень велико. В рамках данной работы многие вопросы могли остаться нераскрытыми. Это вопросы, например, механизмов химических реакций, стабильности материалов, более детального разделения источников по областям применения и т. д. Тем не менее, общее представление о предмете работа дает, а отдельные детали могут быть более подробно описаны в других работах с менее обширной темой.

ЛИТЕРАТУРА

Эрдеи-Груз Т. Химические источники энергии. Пер. с немецкого. Под ред. Мазитова Ю. А. — М.: Мир., 1974. — 304 с.;

Варыпаев В.Н., Дасоян М. А., Никольский В. А. Химические источники тока: учеб. пособие для хим.-технол. спец. вузов; Под. ред. Варыпаева В. Н. — М.: Высш. школа., 1990. — 240 с.;

Таганова А.А., Бубнов Ю. И., Орлов С. Б. Герметичные химические источники тока: Элементы и аккумуляторы. Оборудование для испытаний и эксплуатации: Справочник. — СПб.: ХИМИЗДАТ, 2005. — 264 с.;

ГОСТ 15 596–28;

Дамаскин Б.Б., Петрий О. А., Цирлина Г. А. Электрохимия: Учебник для вузов. — М.: Химия, 2001. — 642 с.;

Кромптон Т. Первичные источники тока: Пер. с англ. — М.: Мир, 1986. — 328 с.

Рис. 1 Модель химического источника электрической энергии: 1 — отрицательный электрод; 2 — положительный электрод; 3 — сепаратор (диафрагма); 4 — раствор электролита; 5 — корпус (сосуд)