1 / 25

Хімічні джерела струму

Хімічні джерела струму. Елемент Вольта (1800). Алессандро Вольта 1745 - 1827. Папір, просочений розчином NaCl Cu Zn. Zn → Zn 2+ + 2e -. 2H + + 2e - → H 2. Cd ( тв ) Cd 2+ ( aq ) + 2e -. Нормальний елемент Вестона.

theola
Download Presentation

Хімічні джерела струму

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Хімічні джерела струму

  2. Елемент Вольта (1800) Алессандро Вольта 1745 - 1827 Папір, просочений розчином NaCl Cu Zn Zn → Zn2+ + 2e- 2H+ + 2e- → H2

  3. Cd (тв) Cd2+(aq) + 2e- Нормальний елемент Вестона Pt | Cd(Hg) | CdSO4 (насич. розчин), Hg2SO4|Hg2SO4, Hg | Pt Хімічний лінцюг без переносу; 1,0183 В при 20 оС 1 – насичений розчин CdSO4·8/3H2O 2 – кристали CdSO4·8/3H2O 3 – амальгама кадмію 4 – кристали Hg2SO4 5 – ртуть 6 – бульбашки повітря 7 – платинові електроди, впаянні в судину Анод: Катод: Hg22+(aq) + 2e- 2Hg(р) Cd(тв) + Hg22 +(aq)  Cd2+(aq) + 2Hg(р)

  4. Відновник (паливо) Окисник Первинні елементи Вторинні елементи Паливні елементи Продукти реакції Енергія Енергія Енергія Енергія Типи електрохімічних систем для виробництва електроенергії Перезарядка

  5. Основні характеристики хімічних джерел струму Номінальна напруга В Максимальний струм розряду А Питома електрична енергія Вт·год/кг Вт·год/л Питома ємність А·год/кг Саморозряд %/доба Робоча температура оC Термін експлуатації роки цикли

  6. Анод: Zn  Zn2+ + 2e- Катод: 2MnO2 + 2H2O +2e- 2MnOOH + 2OH- Електроліт: Zn2++2NH4Cl+2OH- Zn(NH3)Cl2 + 2H2O Zn + 2MnO2 + 2NH4Cl  2MnOOH + Zn(NH3)Cl2 Первинні хімічні джерела струму (батареї) Zn | ZnCl2, NH4Cl|MnO2| C ЕлементЛекланше (суха батарея) (1866) Жорж Лекланше(1839-1882) Пломба Zn-контейнер (анод) Паста MnO2 (катод) Вугільний дріт Zn+2MnO2+2NH4Cl→ Zn(NH3)2Cl2 + Mn2O3+H2O Електроліт (волога паста ZnCl2 + NH4Cl) ЕРС 1,5 В Питома ел. енергія 80 Вт·год/кг

  7. Zn (тв) Zn2+(aq) + 2e- 2NH4+(aq) + 2MnO2(тв) + 2e-Mn2O3(тв) + 2NH3(aq) + H2O(р) Zn (тв) + 2NH4+(aq) + 2MnO2 (тв) Zn2+ (aq) + 2NH3 (aq) + H2O (р) + Mn2O3 (тв) Первинні хімічні джерела струму (батареї) Сучасний цинково-марганцевий елемент Ізолююча шайба Катод Анод Сталева покришка Воскова пломба Газовий відсік Піщана подушка Вугільний дріт (катод) Zn контейнер (анод) Паста MnO2 NH4Cl, ZnCl2, MnO2паста Вугільний дріт (катод) Поруватий сепаратор Гелевий електроліт Zn кожух (анод) Кожух Анод: Катод:

  8. Zn(Hg) + 2OH- (aq) ZnO(тв) + H2O(р) + 2e- HgO (тв) + H2O (р) + 2e-Hg (р) + 2OH-(aq) Zn(Hg) + HgO (тв) ZnO (тв) + Hg (р) Первинні хімічніджерела струму (батареї) Ртутно-цинковий елемент Катод (сталь) Ізолятор Анод (Zn кожух) Розчин електроліту, що містить 40% КОН та пасту із суміші Zn(OH)2та HgO Анод: Катод: ЕРС = 1,36 В Може працювати як акумулятор

  9. Первинні хімічні джерела струму (батареї) Лужні (алкалінові) батареї Майже такі самі реакції, як у сухих елементах, але у лужному середовищі. ЕРС 1,4 - 1,5 В Питома ел. енергія 120 Вт·год/кг Анод (-): Zn + 2 OH- ZnO + H2O + 2e- Катод (+): 2 MnO2 + H2O + 2e-Mn2O3 + 2 OH- MnO2+H2O+Zn→ Mn2O3+ZnO

  10. Первинні хімічні джерела струму (батареї) Літієві батареї Анод Катод Твердий електроліт Анод (-): Катод (+): 2 SO2 + 2e-S2O42- Eo = 3,05 В 4Li + 2SOCl2 4LiCl + SO2 + S (3B і більше!) Питома ел. енергія 330 Вт·год/кг

  11. Pb (тв) + SO2- (aq) PbSO4 (тв) + 2e- 4 PbO2(тв) + 4H+(aq) + SO2-(aq) + 2e- PbSO4(тв) + 2H2O(р) 4 Pb(тв) + PbO2(тв) + 4H+(aq) + 2SO2-(aq) 2PbSO4 (тв) + 2H2O (р) 4 Вторинні хімічні джерела струму (акумулятори) Кришка Анод Катод Свинцевий акумулятор H2SO4електроліт Негативні платівки Позитивні платівки Анод: Катод:

  12. E=2,04 В Свинцевий акумулятор Pb PbO2 36% H2SO4 розряд розряд PbO2+(2H++SO42-)+2H++2e- Pb+(2H++SO42-)-2e- заряд заряд PbSO4+H2O PbSO4+ 2H+ PbO2паста в Pb сітці (катод) PbSO4 PbSO4 Pb паста в Pb сітці (анод) Поруватий сепаратор розряд PbO2 + Pb + H2SO4 2PbSO4 + 2H2O Вторинні хімічні джерела струму (акумулятори) Lead-acid battery

  13. Вторинні хімічні джерела струму (акумулятори) Свинцевийакумулятор Pb(тв)| PbSO4(тв)|H2SO4(р)| PbO2(тв) | Pb(тв) Анод (-)Eo = -0,36 В PbSO4 + H+ + 2e-Pb + HSO4- Катод (+)Eo = +1,68 В PbO2 + HSO4- + 3 H+ + 2e-PbSO4 + 2 H2O ЗАРЯД РОЗРЯД РОЗРЯД ЗАРЯД РОЗРЯД Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 2 H2O ЗАРЯД ЕРС = 1,68 – (-0,36) = 2,04 В Питома ємність 120 А·год/кг Питома ел. енергія 30 Вт·год/кг

  14. Вторинні хімічні джерела струму (акумулятори) Лужний (залізо-нікелевий)акумулятор Fe(тв)| Fe(OH)2(тв)|K+, OH-| NiOOH(тв) | Ni(тв) Анод (-)Eo = -0,44 В Fe(OH)2 + 2e-Fe + 2OH- Катод (+)Eo = +0,40 В 2NiOOH + 2H2O + 2e-2Ni(OH)2 + 2OH- ЗАРЯД РОЗРЯД РОЗРЯД ЗАРЯД РОЗРЯД Fe + 2NiOOH + 2H2O Fe(OH)2 + 2Ni(OH)2 ЗАРЯД ЕРС = 0,40 - (-0,44) = 0,88 В

  15. Нікель-кадмієвіакумулятори Cd(тв)| Cd(OH)2(тв)|K+, OH-| NiOOH(тв) | Ni(тв) РОЗРЯД Анод (-) Cd + 2 OH-Cd(OH)2 + 2e- Катод (+) NiO(OH) + H2O + e-Ni(OH)2 + OH- ЗАРЯД ЗАРЯД РОЗРЯД РОЗРЯД Cd + 2NiO(OH) + 2H2OCd(OH)2 + 2Ni(OH)2 ЗАРЯД Питома ємність 180 А·год/кг Питома ел. енергія 35 Вт·год/кг ЕРС = 0,40 - (-0,81) = 1,21 В Позитивний термінал Порошкуватий кадмієвий електрод (анод) Сепаратори Серцевина Нікелевий електрод (катод) Негативний термінал

  16. Нікель-кадмієвіакумулятори Розрядні характеристики никель-кадмієвого акумулятора при різних струмах розряду Розрядні характеристики никель-кадмієвого акумулятора при різних температурах Саморозряд герметичного никель-кадмієвого акумулятора при різних температурах зберігання

  17. Вторинні хімічні джерела струму (акумулятори) Ефект пам'яті Робоча речовина в акумуляторах присутня у вигляді кристалічних формацій. Кристали в новій комірці малі та їх структура неоднорідна. Пам'яттю називається формування крупних кристалічних неоднорідностей. Певна область комірки стає непридатною для використання, тому її ємність зменшується (зменшення площі поверхні активної речовини). Комірка з крупними кристалічними утвореннями Нова NiCd комірка

  18. Вторинні хімічні джерела струму (акумулятори) Нікель-метал гідридні (NiMH) батареї ЗАРЯД Анод (-) M + H2O + e- MH + OH- РОЗРЯД ЗАРЯД Катод (+) Ni(OH)2 + OH- NiO(OH) + H2O + e- РОЗРЯД ЗАРЯД M + Ni(OH)2MH + NiO(OH) РОЗРЯД M = AB5 (A = La, Ce, Nd, Pr; B = Ni, Co, Mn, Al) M = AB2 (A = Ti, V; B = Zr, Ni) LaNi5 + 6H+ + 6e-LaNi5H6 Електроліт – розчин КОН EPC = 1,2 B Питома ел. енергія 60-72 Вт·год/кг Інтеркалація атомів водню

  19. Розряд Катод: LiMeO2 - xe- Li1-xMeO2 + xLi+ Анод: C + xLi+ + xe- CLix Заряд Негативний термінал Сепаратор Al кожух Позитивний термінал Вторинні хімічні джерела струму (акумулятори) Літій-іонні батареї ЗАРЯД РОЗРЯД ЗАРЯД РОЗРЯД Анод(CLix) Катод (LiMexOy) LiCoO2 – використовується у комерційних батарейках LiNiO2, LiMn2O4– перспективні матеріали LiFePO4 Електроліти – розчини солей літію (LiClO4) у неводних розчинниках або твердих полімерах

  20. Вторинні хімічні джерела струму (акумулятори) Літій-іонні батареї Потенціали літієвих інтеркалятів Стабільні на повітрі Металічний літій ЕРС 4,0 В Питома ємність 140 А·год/кг Питома ел. енергія 110-230 Вт·год/кг

  21. O2 H2 4H+ + 4e- 2H2 2H2O - 4e- O2 + 4H+ Паливні елементи Паливний елемент Грова (1839) Сер Уїльям Гров 1811–1896 Анод: Катод:

  22. 2H2 (г) + 4OH- (aq) 4H2O (р) + 4e- O2(г) + 2H2O (р) + 4e- 4OH-(aq) 2H2 (г) + O2 (г) 2H2O (р) Паливні елементи Паливні елементи – це електрохімічні комірки, для функціонування яких необхідна безперервна подача реагентів Катод Анод Поруватий вугільний електрод, що містить Ni та NiO Поруватий вугільний електрод, що містить Ni Розчин КОН (to) Відновлення Окиснення Анод: Катод:

  23. Прямий метанольний паливний елемент CH3OH + H2O + CO2 H2O +повітря (O2) H+ Протонообмінна мембрана Колектор струму / дистрибутор палива Нанесений каталізатор (вугілля) CH3OH перехід CH3OH + H2O Повітря (O2) + -

  24. Прямий метанольний паливний елемент

More Related