Студопедия — Химические источники электрической энергии (ХИЭЭ)
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Химические источники электрической энергии (ХИЭЭ)






Все ХИЭЭ подразделяются на источники однократного действия –-«элементы» – и многократного действия – «аккумуляторы».

Разработано довольно много вариантов элементов; из них наиболее распространенными являются маргацево-цинковые элементы, схема устройства которых показана на рис. 4.

 

Рис. 4. Схема марганцево-цинкового элемента:

1 – анод (корпус, изготовленный из цинка);

2 – катод (диоксид марганца в смеси с графитовым

порошком, для увеличения электропроводности);

3 – токоотвод из графита;

4 – электролит (паста из хлорида аммония в смеси с

загустителем (крахмал или др.).

Анод (–): Zn = Zn2+ + 2e, далее: Zn2+ + 4NH4+ = [Zn(NH3)4]2+ + 4H+

Катод (+): MnO2 + H+ + e = MnO(OH)

_________________________________________

: 2Zn + 4MnO2 + 4NH4Cl = [Zn(NH3)4]Cl2 +ZnCl2 + 4MnO(OH)

Аккумуляторы.

Аккумуляторами называют устройства, позволяющие многократное повторение операций их зарядки–разрядки. В принципе регенерировать можно любое электрохимическое устройство, но при этом восстановленная емкость обычно невелика. В аккумуляторах эти операции можно повторять многократно.

Наиболее распространены кислотные свинцовые, щелочные никель–кадмиевые и серебряно–цинковые аккумуляторы.


Свинцовый аккумулятор.

Электроды свинцового аккумулятора выполнены в виде ячеистых пластин из свинцового сплава; ячейки заполнены смесью свинцового глета (PbO) с глицерином. После заполнения аккумулятора электролитом (H2SO4) оксид свинца превращается в сульфат.

Зарядка аккумулятора (преобразование электрической энергии в энергию химической реакции): При подключении электродов к внешнему источнику постоянного тока одни из них поляризуются катодно (–), и на нем протекает реакция восстановления свинца(II), другой — анодно (+), и на нем свинец(II) окисляется:

 

Катод (–): PbSO4 + 2e = Pb + SO42-

Анод (+): PbSO4 + 2H2O = PbO2 + SO42- + 4H+ + 2e

______________________________________________________________________

: 2PbSO4 + 2H2O = Pb + PbO2 + 2H2SO4

 

ЭДС заряженного аккумулятора – около 2 В. Из суммарного уравнения реакции видно, что одним из продуктов реакции является серная кислота, поэтому при зарядке аккумулятора концентрация электролита увеличивается (по изменению плотности электролита контролируют степень заряженности аккумулятора).

Разрядка аккумулятора – превращение энергии окислительно-восстановительной реакции в электрическую энергию. При замыкании внешней цепи электроны с анода (Pb) переходят на электроды, заполненые PbO2 (катод):

 

Катод (–): PbO2 + SO42– + 4H+ + 2e = PbSO4 + 2H2O

Анод (+): Pb + SO42- = PbSO4 + 2e

_______________________________________________

: Pb + PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O

Из полученного уравнения видно, что при разрядке аккумулятора плотность электролита уменьшается (на этом основан один из простых методов контроля заряда аккумулятора).

К основным преимуществам свинцового аккумулятора относятся большая электрическая емкость (А-час/кг) и устойчивость в работе при многократных циклах перезарядки. Основные недостатки – массивность и негерметичность.

Кадмиево-никелевый аккумулятор. Схема его работы может быть показана следующими превращениями:

 

 

разряд ®

2NiO(OH) + Cd 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2, ЭДС = 1,4 В

заряд

Серебряно-цинковый (СЦ) аккумулятор

Вследствие большой удельной емкости и большой ЭДС эти аккумуляторы чаще всего применяются для питания различных микроэлектронных устройств. Их работа основана на следующих окислительно-восстановительных реакциях:

 

разряд ®

AgO + Zn + H2O Ag + Zn(OH)2

заряд

Применение электролиза

Электрохимическое получение металлов (алюминий, щелочные и щелочноземельные металлы и др.); рафинирование (очистка) металлов; гальванопластика и гальваностегия; электрохимическая обработка поверхностей металлов и др.

Химические источники электрической энергии

Устройства непрерывного действия, в которых энергия химического окисления топлива непосредственно превращается в электрическую энергию, называют химическими источниками электрического тока или топливными элементами.

В качестве восстановителя (топлива) в таких элементах используют водород, окись углерода, метан и др. органические вещества, а в качестве окислителя, чаще всего, – чистый кислород, иногда воздух. В настоящее время наиболее изучен водородно-кислородный топливный элемент, схема которого показана на рис 5.

 

Рис. 5. Схема водородно-кислородного топливного элемента:

1 – анод; 2 – электролит; 3 – катод

 

Катод и анод такого элемента изготовлены из пористого графита и катализатора – металла платиновой группы. На катоде восстанавливается кислород, а водород окисляется на аноде. В зависимости от выбранного электролита (щелочи или кислоты) электрохимические реакции можно описать следующими уравнениями:

В щелочной среде (электролит – гидроксид калия):

Анод: 2H2 + 4OH = 4H2O + 4e

Катод: O2 + 2H2O + 2e = 4OH

_____________________________________________

: 2H2 + O2 = 2H2O


В кислой среде (электролит – фосфорная кислота):

Анод: 2H2 = 4H+ + 4e

Катод: O2 + 4H+ + 4e = 2H2O

_______________________________________________

: 2H2 + O2 = 2H2O

ЭДС такого элемента не зависит от pH:







Дата добавления: 2015-08-12; просмотров: 519. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Обзор компонентов Multisim Компоненты – это основа любой схемы, это все элементы, из которых она состоит. Multisim оперирует с двумя категориями...

Композиция из абстрактных геометрических фигур Данная композиция состоит из линий, штриховки, абстрактных геометрических форм...

Важнейшие способы обработки и анализа рядов динамики Не во всех случаях эмпирические данные рядов динамики позволяют определить тенденцию изменения явления во времени...

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА Статика является частью теоретической механики, изучающей условия, при ко­торых тело находится под действием заданной системы сил...

Тема: Составление цепи питания Цель: расширить знания о биотических факторах среды. Оборудование:гербарные растения...

В эволюции растений и животных. Цель: выявить ароморфозы и идиоадаптации у растений Цель: выявить ароморфозы и идиоадаптации у растений. Оборудование: гербарные растения, чучела хордовых (рыб, земноводных, птиц, пресмыкающихся, млекопитающих), коллекции насекомых, влажные препараты паразитических червей, мох, хвощ, папоротник...

Типовые примеры и методы их решения. Пример 2.5.1. На вклад начисляются сложные проценты: а) ежегодно; б) ежеквартально; в) ежемесячно Пример 2.5.1. На вклад начисляются сложные проценты: а) ежегодно; б) ежеквартально; в) ежемесячно. Какова должна быть годовая номинальная процентная ставка...

Ученые, внесшие большой вклад в развитие науки биологии Краткая история развития биологии. Чарльз Дарвин (1809 -1882)- основной труд « О происхождении видов путем естественного отбора или Сохранение благоприятствующих пород в борьбе за жизнь»...

Этапы трансляции и их характеристика Трансляция (от лат. translatio — перевод) — процесс синтеза белка из аминокислот на матрице информационной (матричной) РНК (иРНК...

Условия, необходимые для появления жизни История жизни и история Земли неотделимы друг от друга, так как именно в процессах развития нашей планеты как космического тела закладывались определенные физические и химические условия, необходимые для появления и развития жизни...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.012 сек.) русская версия | украинская версия