Срібло-цинковий акумулятор

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку

Срібло-цинковий акумуляторелектричний акумулятор з категорії вторинних батарей, принцип роботи якого заснований на електрохімічних реакціях срібла і окису цинку в лужному середовищі.

Срібло-цинкові акумулятори по своєму влаштуванні мають багато спільного з безламельними кадмієво-цинковими акумуляторами.[1] Являють собою одну із різновидностей лужних акумуляторів.[2] Їх питомі характеристики у декілька разів перевершують досягнуті у свинцевих і нікель-кадмієвих.[3]

Негативно заряджені пластини срібно-цинкових акумуляторів виконують переважно з окису цинку, а позитивно заряджених — з відновленого срібла. Електроліт — розчин їдкого калію. Різниця потенціалів одного срібно-цинкового акумуляторного елемента становить близько 1,5 В.[4] Корпуси срібно-цинкових акумуляторів виготовляють з пластмаси.[4] Напів-прозорі корпуси дозволяють слідкувати за рівнем електроліту в них.[1]

Срібло-цинковий акумулятор СЦ-25.
На фото можна побачити:
-контейнер з пластмасси;
-два вивідних затискачі;
-водонепроникна пробка;
-в коробці - негативні і позитивні електроди

Історія[ред. | ред. код]

Для широкого поширення і промислового виготовлення цих акумуляторів було потрібно більше за пів століття. Лише в 1943 році французький вчений Анре створив спеціальний цинковий електрод, який є нерозчинним у лужному електроліті.[1] До цього часу спроби створення срібно-цинкових акумуляторів закінчувались невдачею через незворотнє розчинення цинкового електроду і проростання дендритів срібла, відновлюваного з окису срібла надлишком водню.[1]

Створений нерозчинний в електроліті цинковий електрод являє собою окис цинку і цинкового пилу. При окисленні цього електроду пори пластин заповнюються гідроокисом і окисом цинку, нерозчинними в малій кількості електроліту.

Будова[ред. | ред. код]

Для срібло-цинкових акумуляторів характерні прямокутна форма корпусу, плоскопаралельне розташування електродів і матричний електроліт.[5]

Влаштування срібно-цинкового акумулятора наступне: в пластмасовому контейнері поміщені негативні і позитивні електроди, складені із окремих пластин. Негативні електроди складені із пластин окису цинку, які поміщені в захисні пакети із пластмаси, яка добре пропускає електроліт і затримує металеві частинки.[2] Позитивні електроди виготовлені із чистого срібла. Електроди жорстко з'єднані з вивідними затискачами, добре проводячими струм шинами, надійно утримуючими взаємне розташування електродів всередині контейнера. При такому кріпленні немає потреби в підтримуючих сітках або решітках, якими зазвичай фіксують місцезнаходження пластин в акуміляторах різних типів.[2]

Електроліт — розчин гідроксиду калію. При формуванні акумуляторів у процесі їх виробництва в електроліті в результаті взаємодії окису цинку з гідроокисом калію утворюється цинкат калію, який є сіллю неіснуючої у вільному стані цинкової кислоти.[2] Цинкат калію розчиняється у воді, а окис цинку в воді нерозчинний.

Вільна кількість електроліту, який необхідний для нормальної роботи акумулятора, не є великою. Це дозволяє використовувати акумулятор як напівсухий, експлуатуючи його в будь-якому положенні (горизонтальному чи вертикальному).[2] Пробка, якою закривається місткість контейнера, водонепроникна і відкривається лише на час зарядки; при цьому акумулятор повинен знаходитись у вертикальному положенні.

Хімічні реакції[ред. | ред. код]

Хімічна реакція полягає в наступному: Silver-oxide battery cell equation.png

Реакція з позитивним електродом і негативним електродом:

Катод Ag2O + H2O + 2e- → 2Ag + 2OH-

Анод Zn + 2OH- → ZnO + H2O + 2e-

Особливості срібло-цинкових акумуляторів[ред. | ред. код]

На початку розрядки акумулятора спостерігається дещо підвищена напруга, що пояснюється присутністю перекису срібла. Як тільки перекис срібла перейде в окис, напруга стає постійною і не змінюється до кінця розрядки.[2] При напрузі 1,5В відбувається перехід окису срібла в чисте срібло. Утворення перекису срібла під час зарядки акумулятора супроводжується підвищенням напруги на акумуляторі в результаті різниць концентрації вільних електронів в матеріалах електродів.

Срібно-цинкові акумулятори допускають значну щільність струму, завдяки чому можна знімати високі струми з акумулятора малих розмірів. Завдяки малому внутрішньому опору срібно-цинковий акумулятор ємністю 0,5 А·год може забезпечувати в короткотривалому імпульсі струм до 600 ампер. Ці акумулятори володіють стабільною напругою при розрядці інтенсивними режимами, що пояснюється малою поляризацією електродів і тим, що в процесі розряду активна маса позитивного електроду перетворюється в металічне срібло, від чого електропровідність електрода збільшується.[3] Окрім того, вони мають високу віддачу по енергії, яка досягає 85%, і віддачу по струму, близьку до 100%.[3] За літературними даними струм при негайній розрядці акумуляторної батареї ємністю 85 А·год становить 600 ампер, а при короткотривалих розрядах — до 2000 А.[2] Розміри такої акумуляторної батареї становлять 400х200х265 мм при загальній вазі 29 кг.[2]

Акумулятори достатньо добре працюють при температурі до -59оС, тобто до повного замерзання електроліту.[2](за іншими даними, вони погано працюють при низьких температурах[3]) Верхньою температурною межею можна вважати відмітку +80оС. При цьому акумулятори добре переносять відносно великі перепади тиску зовнішнього середовища. Нормальними температурними межами роботи акумуляторів вважають -30 і +70оС.[2]

Заряджені акумулятори можуть зберігатись на протязі довгого часу, мало змінюючи свою ємність завдяки невеликому саморозряду. При зберіганні акумулятора на протязі одного року ємність заряду зменшується на 20-30% відносно її номінального значення.[2]

Срібло-цинкові акумулятори в 4-6 разів легші і в стільки ж разів менші за об'ємом від звичайних кислотних і лужних акумуляторів, при однаковій ємності заряду.[2]

Проте, ці акумулятори мають малий термін служби.[3]

При високій чистоті срібла, хорошій якості окису цинку, хорошій фільтрації металевих частинок захисними пакетами негативних пластин і потрібній концентрації електроліту досягаються перелічені вище дані характеристики срібло-цинкових акумуляторів. В іншому випадку збільшується саморозряд і зменшується ємність заряду акумуляторів, підвищується внутрішній опір і обмежується розрядний струм акумуляторів.

Дані характеристик срібло-цинкових акумуляторів радянського періоду[2]
Позначення Номінальна напруга, в Номінальна ємність, А·год Струм заряду, А Струм при п'ятихвилинному розряді, А Розміри, мм Вага, г
СЦ-0,5 1,5 0,5 0,5 7 12х24х37 19,5
СЦ-5 1,5 5 5 70 22х45х63 165
СЦ-11 1,5 12 10 7120 21х41х100 190
СЦ-25 1,5 25 25 300 47х47х107 470
СЦ-45 1,5 45 50 700 47х51х140 700
СЦ-95 1,5 95 100 1200 71х55х212 1820
СЦ-100 1,5 100 100 1200 50х105х140 1950

Фірма Yandry (ЗДА) виготовляла 19 типорозмірів срібло-цинкових акумуляторів ємністю від 0,5 до 525 А·год, які використовувались у більш як 50 видах різних виробів.[5]


Примітки[ред. | ред. код]

  1. а б в г Рогинский В. Современные источники электропитания. — Л.:«Энергия», 1969. С.:104
  2. а б в г д е ж и к л м н п Чечик П.О. Новые источники питания радиоаппаратуры (Изд. второе, переработанное). — Государственное энергетическое издательство, Москва-Ленинград, 1959. С.:49
  3. а б в г д Н.П. Федотьев, А.Ф. Алабышев, А.Л. Рогинян, И.М.Вячеславов, П.Б. Животинский, А.А. Гальнбек // Прикладная электрохимия (под ред. профессора Н.И. Федотьева). — Ленинград, Госхимиздат. — 1962. С.: 624 Помилка цитування: Некоректний теґ <ref>; назва «Гальнбек» визначена кілька разів з різним вмістом
  4. а б Москатов Е. А. Источники питания. — Киев.: "МК-Пресс", СПб.: "КОРОНА-ВЕК", 2011.—208 с, ил. ISBN 978-5-7931-0846-1 ("КОРОНА-ВЕК") ISBN 978-966-8806-71-1 ("МК-Пресс")
  5. а б Варыпаев В.Н. и др. Химические источники тока: Учеб. пособие для хим.-технол. спец.вузов / В.Н. Варыпаев, М.А. Даосян, В.А. Никольский; Под ред. В.Н. Варыпаева. - М.: Высш.шк., 1990. - 240 с.: ил. ISBN 5-06-001557-2

Див. також[ред. | ред. код]