Elektrochemické zdroje elektrické energie

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Elektrochemické zdroje elektrické energie"

Josef Zeman
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 Dělení: 1) Primární články 2) Sekundární 3) Palivové články Elektrochemické zdroje elektrické energie Primární články - Články suché. C Zn článek Anoda: oxidace Zn Zn e - (Zn 2+ se rozpouští v elektrolytu; elektrony obvodem ke katodě) Katoda: redukční proces: 2Mn IV O 2 + H 2 O + 2e - Mn III 2O 3 + 2OH - (redukce Mn o 1 e - ) 2Mn IV O 2 + 2H 2 O + 2e - 2 Mn III OOH + 2OH - (redukce Mn o 1 e - ) V elektrolytu: salmiak disociuje: NH 4 Cl NH Cl - Chlor reaguje se zinkem uvolněným z elektrody: Zn Cl - ZnCl 2 Kationy NH + 4 reagují s hydrox. Aniony za vzniku vody a čpavku 2 NH OH - 2 NH H 2 O Přítomnost plynného čpavku je nežádoucí, ale vzniká nerozpustný ZnCl 2 2NH 3

2OH - (redukce Mn o 1 e - ) 2Mn IV O 2 + 2H 2 O + 2e - 2 Mn III OOH + 2OH - (redukce Mn o 1 e - ) V elektrolytu: salmiak disociuje: NH 4 Cl NH + 4 + Cl - Chlor reaguje se

2 Alkalický článek s MnO 2 Anoda: Zn + 2OH - ZnO + H 2 O + 2e - (ZnO je dále nerozpustný.) Katoda: téměř stejná reakce jako u Zn-C, jen další redukce manganu: 2Mn IV O 2 + H 2 O + 2e - Mn III 2O 3 + 2OH - (redukce Mn o 1 e - ) 2Mn IV O 2 + 2H 2 O + 2e - 2 Mn III OOH + 2OH - (redukce Mn o 1 e - ) Zn + MnO 2 ZnO + MnO Elektrolyt KOH disociuje ve vodném roztoku na: KOH K+ OH- Další typy primárních článků:

III 2O 3 + 2OH - (redukce Mn o 1 e - ) 2Mn IV O 2 + 2H 2 O + 2e - 2 Mn III OOH + 2OH - (redukce Mn o

3 Lithiové články Měrná energie výrazně vyšší než u suchých článků. Měrná kapacita Li je 3860Ah/kg (Zinek 860Ah/kg). Typický lithiový článek U 0 =2,5-3,0 V. Reakce Li s H 2 O či O 2 bouřlivá izolování. Dražší, ale dobrá kapacita a spolehlivost. Uspořádání: články s tuhou katodou, s rozpustnou katodou, tuhým elektrolytem, rezervní články. 1) Články s tuhou katodou. Anoda = Li; Katoda = tepelně upravené MnO 2 ; elektrolyt = perchlorát lithia v organických rozpouštědlech; Napětí U 0 = 3V a U N = 2,5%; proud až 1,25A; plochá vybíjecí křivka, životnost až 10 let, ztráta samovybíjením ~1% ročně. anoda: Li 0 Li + + e - katoda: Mn IV O 2 + Li + + e - Mn III O 2 Li použití: elektronika, digifoto 2) Články s rozpustnou katodou Li-SOCl 2 Anoda = Li; katoda = uhlíková (fce katalyzátoru); elektrolyt = Li-SOCl 2 (thionylchlorid) s obsahem lithiových solí (LiGaCl 4 ); U 0 = 3,6V; Kapacity až 330Ah (20cm 2 ); skladovatelnost 15 let; anoda: Li Li + + e - katoda: 2 SOCl 2 + 4e - 4 Cl - + SO 2 + S - na katodě vznik LiCl konec fce. použití: raketový a vojenský průmysl 3) Články s tuhým elektrolytem Konstrukce výhradně z tuhých částí a inertních materiálů; nevznikají plynné složky; dlouhá doba fčnosti (20let); malý proud µa; Elektrolyt = tuhé polymery; Použití: medicína (pacemakery) 4) Rezervní články s dlouhou skladovatelností Doba skladování 15 i více let; elektrolyt se doplňuje před použitím; Použití: Vojenství (řízené střely).

Anoda = Li; Katoda = tepelně upravené MnO 2 ; elektrolyt = perchlorát lithia v organických rozpouštědlech; Napětí U 0 = 3V a U N = 2,5%; proud až 1,25A; plochá vybíjecí křivka, životnost až 10 let,

Sekundární články Základní dělení: - olověné akumulátory, - akumulátory založené na systému Ni-Cd, Ni-Fe nebo Ni-Zn, - baterie na bázi Ni-MH (nikl-metalhydrid), - baterie na bázi Li-ion, - baterie na

4 Sekundární články Základní dělení: - olověné akumulátory, - akumulátory založené na systému Ni-Cd, Ni-Fe nebo Ni-Zn, - baterie na bázi Ni-MH (nikl-metalhydrid), - baterie na bázi Li-ion, - baterie na bázi Zn-O 2, - alkalické akumulátory na bázi MnO 2. Olověné akumulátory Jsou známy již více než 100 let. Během doby se na velmi vysoké úrovni zvládly všechny aspekty technologie jejich výroby. Jsou poměrně levné, spolehlivé a co do instalovaného výkonu v současné době představují ve světovém měřítku asi 60% všech prodaných baterií. 1) Nenabitý akumulátor, konstrukce: Ponoříme-li dvě stejné olověné destičky do zředěné kyseliny sírové, začnou probíhat následující děje: - ve vodném roztoku jsou disociovány mnohé molekuly kyseliny sírové H 2 SO 4 na aniony SO -2 4 a kationty H +, - z olověných destiček se uvolňují dvojmocné kationty olova Pb 2+ a destičky samotné tak získávají stejný záporný náboj, - v blízkosti destiček se kationty olova a anionty SO -4 2 slučují na síran olovnatý PbSO 4 ; na obou destičkách se vytvoří jeho vrstva

Jsou poměrně levné, spolehlivé a co do instalovaného výkonu v současné době představují ve světovém měřítku asi 60% všech prodaných baterií.

5 2) Nabíjení: Katoda: PbSO 4 + 2H + + 2e - Pb + H 2 SO 4 Anoda: PbSO 4 + SO H 2 O 2 H 2 SO 4 + PbO 2 + 2e - 3) Vybíjení: Katoda: Pb + SO 2-4 PbSO 4 + 2e - Anoda: PbO H + + H 2 SO 4 + 2e - PbSO H 2 O Etapy nabíjení: Nabíjení probíhá ve 3 etapách, viz obr.

Pb + SO 2-4 PbSO 4 + 2e - Anoda: PbO 2 + 2 H + + H 2 SO 4 + 2e -

Články na bázi Niklu (Ni-Cd) Konstrukce: Anoda: Katoda: Elektrolyt: NiOOH (oxihydroxid sodný) Cd KOH Anoda: Cd 0 + 2 OH - Cd II (OH) 2 + 2 e -

6 Články na bázi Niklu (Ni-Cd) Konstrukce: Anoda: Katoda: Elektrolyt: NiOOH (oxihydroxid sodný) Cd KOH Anoda: Cd OH - Cd II (OH) e - Katoda: 2 Ni III OOH + 2H 2 O + 2e - 2 Ni II (OH) 2 + 2OH - Souhrnně: 2 Ni III OOH + Cd 0 + 2H 2 O 2 Ni II (OH) 2 + Cd II (OH) 2 Schéma konstrukce:

- Katoda: 2 Ni III OOH + 2H 2 O + 2e - 2 Ni II (OH) 2 + 2OH - Souhrnně:

7 Anoda: MH + OH - M + H 2 O + e - Katoda: NiOOH + H 2 O + e - Ni(OH) 2 + OH - Souhrnně: NiOOH + MH Ni(OH) 2 + M Ni-MH články

8 Li-ION články Konstrukce: Anoda: LiCoO 2 Katoda: C Elektrolyt: organické rozpouštědlo Výroba: Válcové, prizmatické, ploché. Vybíjení: proces s 99% úč.; po dobu vybíjení přibl. 80% stejná hodnota U Nabíjení: Doba nabíjení cca 8h (podle konstrukce)

Podobné dokumenty

Inovace profesní přípravy budoucích učitelů chemie

Inovace profesní přípravy budoucích učitelů chemie I n v e s t i c e d o r o z v o j e v z d ě l á v á n í CZ.1.07/2.2.00/15.0324 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem