9. Химични източници на електрична енергия

9. Химични източници на електрична енергия

         Галваничните елементи стоят в основата на съвременните химични източници на ел.енергия.

         Те са първични, вторични и горивни. Първичните химични източници на ел.енергия имат един работен цикъл, при който работят в режим на разряд. В резултат на токоотдаване върху електродите или в обема на електролита настъпват необратими промени. Това ги прави негодни след изчерпване на капацитета им. Например манганоцинкови сухи елементи тип лекланше.

         Цикличните химични източници на ел.енергия имат голям брой работни цикли /от 200 до над 1000/. Един работен цикъл включва 2 режима на работа. Режим на разряд и режим на заряд (работят като класическа електролитна клетка).

         Протичащите в тях процеси са обратими и това дава възможност за възстановяване на изходното им състояние след период на токоотдаване. Нарича се още акумулатор.

         Горивните елементи всъщност са галванични елементи, които не включват в конструкцията участниците в реакциите на катода и анода. Окислителят и редуктора се подават върху електроди само в първия период на използване на източника. По този начин се избягва един основен недостатък на първичните и вторичните химични елементи, а именно техния саморазряд.

         Акумулаторите биват 2 групи – киселинни /оловни или алкални/ и основни.

         Пръв пример за оловен акумулатор дава Планте Конструкцие – електроните на оловния акумулатор се изработват от оловно – антигонова сплав. Обикновено антигона присъства в сплавите  в граница от 4 до 12% като повишава корозионната устойчивост и придава топколивост на славта.

         Електролитът на оловния акумулатор е воден р-р на сярна киселина с плътност 1.25÷1.29 в зависимост от експлотационния период и географската ширина. Активната маса, която се нанася върху електродите под формата на паста съдържа както основните компоненти за единия електрод - оловен прах, така и за другия – оловен оксид. Активната маса и на 2та електрода съдържа графит, сажди, пемза, симигел и др. компоненти с различно предназначение. Електролитите се сепарират един от друг като за целта се ползват кориозни материали, устойчиви в сярно кисела среда. Кутията на акумулатора се изработва от механично и киселинно устойчиви полимерни материали.

Като електролитна система оловния акумулатор се записва по следния начин : Pb/H₂SO₄//H₂SO₄/Pb0₂(Pb). Съгласно теорията на Гладстон наричана още теория на двойната сулфатизация, ЕДН на акумулатора е от порядъка на 2.058V. Експлоатационното напрежение на клетката е 2V. Сумарния процес протичащ в оловен акумулатор в двата режима на работа е Pb + 2H₂SO₄ + Pb0₂↔PbSO₄ + 2H₂O + PbSO₄

В режим на токоотдаване /разряд/ и върху двете плочи, активната плоча /олово и оловен диоксид/, се трансформират до оловен сулфат. Същевременно се отделя вода.

         В режим заряд процеса протича в обратна посока.

         ЕДН, изчислено по тази теория, на една клетка на оловния акумулатор е 3.085V.

ЕДН = 0.85 + d

d – плътност

Основното преимущество на оловните акумулатори е тяхното ниско собствено съпротивление. Това дава възможност в експлоатационния им режим през акумулатора да се пропуска висок ток. По тази причина тези акумулатори се използват кат стартерни и тягови батерии.

Основните недостатъци са високото тегло и невъзможността да бъдат херметизирани.

Алкални акумулатори

Важни представители – кадмиевоцинковите, желязноцинковите и сребърноцинковите. Електродите се изработват от перфорирана, неръждаема ламарина под формата на джобове. В тях се насипва активната маса, която за единия от електродите е железен или кадмиев прах, а за другата никелов прах. Сепараторите отделящи електродите един от друг се изработват от алкално устойчив полимер. Електролита е воден р-р на калиева основа /23÷27%/. Част от обема на основата се подменя с литиева основа /LiOH/, което облекчава  работата на акумулатора при минусови температури и подобрява зарядната му характеристика.

Кутията се изработва от алкално устойчив полимер с необходимата механична якост.

Сумарния процес Cd + 2NiO(OH) + 2H₂O ↔ Cd(OH)₂ + 2Ni(OH₂)

В режим на разряд върху двете плочи се получават съответните метални хидроксиди, а плътността на електролита нараства. В режим на заряд се генерира изходното състояние на системата. ЕДН на една клетка на алкален акумулатор е 1.47V. Клетъчното напрежение -1.4V.

Активната маса на единия електрод е пресован сребърен оксид, а на другия смес от цинков прах и цинков оксид Ag₂O + Zn + H₂O ↔ Zn(OH)₂ + 2Ag

Основно преимущество на алкалните акумулатори е изключителната им волт-амерна характеристика.

Основни недостъци – високо собствено напрежение.

Използва се за захранване на прибори и апарати