Історія відкриття і розвитку хімічних джерел струму

Тип іоністора	Ємність, Ф	Номінальна напруга, В	Внутрішній опір,   Ом	Маса, г
К58-3	2,00	2,5	30	2,0
К58-9а	0,47	2,5	80	0,5
К58-9а	2,00	2,5	30	2,0
К58-96	0,62	5,0	60	11.0
К58-96	1,00	5,0	60	11,0
К58-96	0,62	6,3	90	11,0
К58-98	1,00	5,0	60	8,0
К58-98	0,62	6,3	90	10,0

 

 

2.7. Перспективні  технології для акумуляторів

 

В останні роки вчені та дослідники в різних країнах активно працюють над створенням більш досконалих технологій акумуляторних батарей, здатних вже в найближчому майбутньому прийти на зміну існуючим. У цьому плані можна виділити декілька найбільш перспективних напрямків:

 

- Літій-сірчані  батареї (Li-S)

Літій-сірчаний акумулятор - перспективна технологія, енергоємність подібної батареї в два рази вище, ніж у літій-іонних. Але в теорії вона може бути ще вище. У такому джерелі живлення використовується рідкий катод з вмістом сірки, при цьому він відділений від електроліту особливої ​​мембраною. Саме за рахунок взаємодії літієвого анода і сірковмісного катода була істотно збільшена питома ємність. Перший зразок подібного акумулятора з'явився ще в 2004 році. З того моменту був досягнутий певний прогрес, завдяки чому вдосконалений літій-сірчаний акумулятор здатний витримувати півтори тисячі циклів повної зарядки-розрядки без серйозних втрат в ємності.

До переваг даного акумулятора також можна віднести можливість застосування в широкому діапазоні температур, відсутність необхідності у використанні посилених компонентів захисту і порівняно низьку собівартість. Цікавий факт - саме завдяки застосуванню такого акумулятора в 2008 році був поставлений рекорд за тривалістю польоту на повітряному судні на сонячних батареях. Але для масового випуску літієво-сірчаного акумулятора вченим ще доведеться вирішити дві основні проблеми. Потрібно знайти ефективний спосіб утилізації сірки, а також забезпечити стабільну роботу джерела живлення в умовах зміни температурного або вологісного режиму.

 

- Магнієвий-сірчані батареї (Mg / S)

Обійти традиційні літієві батареї можуть і акумулятори, що базуються на з'єднанні магнію і сірки. Правда, до останнього часу ніхто не міг забезпечити взаємодію цих елементів в одній комірці. Сам магнієво-сірчаний акумулятор виглядає дуже цікавим, адже його енергетична щільність може доходити до більш ніж 4000 Вт-ч / л. Не так давно завдяки американським дослідникам, по всій видимості, вдалося вирішити основну проблему, що стоїть на шляху розробки магнієво-сірчаних батарей. Справа в тому, що для пари магній і сірка не було ніякого підходящого електроліту, сумісного з цими хімічними елементами.

Проте вчені зуміли створити такий прийнятний електроліт за рахунок утворення особливих кристалічних частинок, що забезпечують стабілізацію електроліту. Зразок магнієво-сірчаного акумулятора включає в себе анод з магнію, сепаратор, катод з сірки і новий електроліт. Втім, це тільки перший крок. Перспективний зразок, на жаль, поки не відрізняється довговічністю.

 

- Фторид-іонні  батареї

Ще один цікавий джерело живлення, що з'явився в останні роки. Тут за перенесення зарядів між електродами відповідають аніони фтору. При цьому анод і катод містять метали, що перетворюються (відповідно до напрямку струму) під фториди, або відновлюються назад. Завдяки цьому забезпечується значна ємність батареї. Вчені заявляють, такі джерела живлення мають енергетичну щільність, в десятки разів перевершує можливості літій-іонних батарей. Крім значної ємності, нові акумулятори також можуть похвалитися істотно меншою пожежонебезпекою.

На роль основи твердого електроліту було перепробувано безліч варіантів, але вибір, в кінцевому рахунку, зупинився на лантаном барію. Хоча фторид-іонна технологія здається дуже перспективним рішенням, вона не позбавлена ​​недоліків. Адже твердий електроліт може стабільно функціонувати лише при високих температурах. Тому перед дослідниками стоїть завдання відшукати рідкий електроліт, здатний успішно працювати при звичайній кімнатній температурі.

 

- Літій-повітряні батареї (Li-O2)

У наші дні людство прагне до використання більш «чистих» джерел енергії, пов'язаних з генерацією енергії сонця, вітру чи води. У цьому плані дуже цікавими представляються літій-повітряні батареї. У першу чергу, вони розглядаються багатьма експертами як майбутнього електромобілів, але з плином часу можуть знайти застосування і в мобільних пристроях. Такі джерела живлення володіють дуже високою місткістю і при цьому порівняно малими розмірами. Принцип їх роботи наступний: замість оксидів металу в позитивному електроді застосовується вуглець, який вступає в хімічну реакцію з повітрям, внаслідок чого створюється струм. Тобто для вироблення енергії тут частково використовується кисень.

Використання кисню як активного матеріалу катода має свої суттєві переваги, адже він є практично невичерпним елементом, а найголовніше, абсолютно безкоштовно береться з навколишнього середовища. Вважається, що щільність енергії у літій-повітряних батарей зможе досягати вражаючої позначки в 10 000 Втч / кг. Можливо, в недалекому майбутньому подібні батареї зможуть поставити електромобілі в один ряд з машинами на бензиновому двигуні. До речі, акумулятори подібного типу, випущені для мобільних гаджетів, вже можна зустріти в продажу під назвою PolyPlus.

 

- Літій-нанофосфатні батареї

Літій-нанофосфатніе джерела живлення - це наступне покоління літієво-іонних батарей, які характеризуються високою віддачею струму і надшвидкої зарядкою. Для повної зарядки такої батареї потрібно всього п'ятнадцять хвилин. Вони також допускають в десять разів більше циклів зарядки в порівнянні зі стандартними літій-іонними елементами. Таких характеристик вдалося досягти завдяки використанню особливих наночасток, здатних забезпечити більш інтенсивний потік іонів.

До переваг літій-нанофосфатних батарей можна віднести також слабкий саморазряд, відсутність «ефекту пам'яті» і здатність працювати в умовах широкого діапазону температур. Літій-нанофосфатние батареї вже доступні у продажу і застосовуються для деяких типів пристроїв, проте їх поширенню заважає необхідність у спеціальному зарядному пристрої і більшу вагу в порівнянні з сучасними літій-іонними або літійево-полімерними акумуляторами.В дійсності, перспективних технологій в галузі створення акумуляторних батарей набагато більше. Учені і дослідники працюють не тільки над створенням принципово нових рішень, а й над поліпшенням характеристик існуючих літій-іонних батарей. Наприклад, за рахунок використання кремнієвих нанодротів або розробки нового електрода, що володіє унікальною здатністю до «самозажівленію». У будь-якому випадку вже не за горами той день, коли наші телефони та інші мобільні пристрої будуть жити цілі тижні без підзарядки.

 

 

ВИСНОВОК

 

У результаті курсової роботи, я розглянула принципи роботи, класифікацію та значення хімічних джерел струму.

Детально розглянувши різновид ХДС, я переконалася, що для конкретного випадку треба використовувати певний тип акумуляторів, при виборі яких слід розглядати всі умови експлуатації і можливі аварійні ситуації.

При написанні роботи я прийшла до таких висновків:

• що хімічні джерела струму мають величезне значення для розвитку науки, для освоєння космосу, і розвитку суспільства;

• що найбільш перспективним типом ХДС є елементи з літієвим анодом і апротонного розчинниками типу γ-бутіролактон, пропіленкарбонат, ацетонітрил і т.п .;

• що крім гальванічних елементів існує інші, не менш перспективні джерела струму, наприклад іоністори;

• що при використанні декількох типів ХДС, можна домогтися надійної тривалої роботи апаратів без доступу електроенергії, одержуваної від електростанцій, наприклад системи акумулятор-іоністор, яка використовується в джерелах безперебійного живлення.

Значення хімічних джерел струму очевидно, тому як ми використовуємо їх у повсякденному житті, важко уявити собі мп3-плеєри, фотоапарати, мобільні телефони, кишенькові персональні комп'ютери і т.п. підключення до електромережі, що обмежують свободу людини. Сучасна наука прагне до створення компактних і надійних приладів, супроводжуючих людини в його житті, хімічні джерела струму грають в це важливу роль.

 

 

 

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

 

1. Ковальчук Є.П. Процеси на заряджених між фазних межах. – К.: ВНЗО, 1991.
2. Лебідь В.І., Фізична хімія, Харків, "Фоліо", 2005.
3. Присяжний В.Д. Фундаментальні проблеми електрохімії. Вісник Харківського національного університету. 35(12, 648), сс. 21-23 (2005)
4. Багоцкий В.С., Флеров В. Н. Новейшие достижения в области химических источников тока. – М.: Госэнергоиздат, 1963. – 256 с.
5. Багоцький В.С., Скундин А.М. Химические источники тока. – М.:Єнергоиздат, 1981.
6. Вайнел Д. В. Аккумуляторные батареи. — пер. с англ., 4-е изд. — М. — Л., 1960.
7. Варыпаев В. Н., Химические источники тока М., 1990. 240 с.: ил.
8. Герасимов Я.И., Курс физической химии, т. ІІ, издание 2, испр., М., "Химия", 1973.
9. Дасоян М. А., Химические источники тока. — 2-е изд. — Л., 1969.
10. Дамаскина Б.Б., Практикум по электрохимии – М.: Высш. школа, 1991. Дьяконов М.Н., Карабанов В.И., Присняков В.И. и др.. Справочник по электрическим конденсаторам . Под общ. ред. И.И. Четверткова и В.Ф. Смирнова. М.: Радио и связь, 2003. - 576 с.
11. Иванов-Цыганов А.И., Хандогин В.И. Источники вторичного электропитания приборов СВЧ. - М.: Радио и связь, 1989. - 144 с.
12. Кедринский И.А., Яковлев В.Г. Литий-ионные аккумуляторы. Красноярск, Платина, 268 с. (2002).
13. Коровин В.Н Электрохимическая  енергетика. – М.: Энергоатомиздат, 1991.
14. Кромптон Т. Первичные источники тока. – М.: Мир, 1986.
15. Кромптон Т. Вторичные источники тока. – М.: Мир, 1985.
16. Льоцци М., История физики, М., "Мир", 1970.
17. Орлов В. А. Малогабаритные источники тока. — 2-е изд. — М., 1970.
18. Романов В. В., Хашев Ю. М. Химические источники тока. — М., 1968.
19. http://www.powerinfo.ru/accumulator-car.php
20. http://ua-referat.com/Хімічні_джерела_струму

 

ДОДАТКИ

 

 Стандартні електродні потенціали  

Електрод	Електродна реакція	φo, В
Li+/Li	Li+ + eˉ = Li	–3,045
K+/K	K+ + eˉ = K	–2,924
Ba2+/Ba	Ba2+ + 2eˉ = Ba	–2,906
Mg2+/Mg	Mg2+ + 2eˉ = Mg	–2,363
Be2+/Be	Be2+ + 2eˉ = Be	–1,847
A13+/A1	Al3+ + 3eˉ = Al	–1,663
Mn2+/Mn	Mn2+ + 2eˉ = Mn	–1,180
Cr3+,Cr2+/Pt	Cr3+ + eˉ = Cr2+	–0,408
Se2-/Se	Se + 2eˉ = Se2-	–0,77
Zn2+/Zn	Zn2+ + 2eˉ = Zn	–0,763
Cd2+/Cd	Cd2+ + 2eˉ = Cd	–0,403
Ti3+, Ti2+/Pt	Ti3+ + eˉ = Ti2+	–0,369
Tl+/Tl	Tl+ + eˉ = Tl	–0,3363
Co2+/Co	Co2+ + 2eˉ = Co	–0,277
Ti4+, Ti3+/Pt	Ti4+ + eˉ = Ti3+	–0,04
D+/D2, Pt	D+ + eˉ = 1/2 D2	–0,0034
H+/H2, Pt	H+ + eˉ = 1/2 H2	0,000
Ge2+/Ge	Ge2+ + 2eˉ = Ge	+0,01
Rh2+/Rh	Rh2+/Rh	+0,60
Fe3+, Fe2+/Pt	Fe3+ + eˉ = Fe2+	+0,771
Cu+/Cu	Cu+ + eˉ = Cu	+0,521
Iˉ/I2, Pt	I2 + 2eˉ = 2I-	+0,5355
Te4+/Te	Te4+ + 4eˉ = Te	+0,56
Br-/Br2, Pt	Br2 + 2eˉ = 2Br-	+1,0652
Pt2+/Pt	Pt2+ + 2eˉ = Pt	+1,2
Tl3+, Tl+/Pt	Tl3+ + 2eˉ = Tl+	+1,25
Clˉ/Cl2, Pt	Cl2 + 2eˉ = 2Cl-	+1,3595
Fˉ/F2, Pt	F2 + 2eˉ = 2F-	+2,87
Ca2+/Ca	Ca2+ + 2eˉ = Ca	–2,866
Na+/Na	Na+ + eˉ = Na	–2,714
La3+/La	La3+ + 3eˉ = La	–2,522
Ti2+/Ti	Ti2+ + 2eˉ = Ti	–1,630
Zr4+/Zr	Zr4+ + 4eˉ = Zr	–1,529
V2+/V	V2+ + 2eˉ = V	–1,186
Cr3+/Cr	Cr3+ + 3eˉ = Cr	–0,744
Ga3+/Ga	Ga3+ + 3eˉ = Ga	–0,529
S2ˉ/S	S + 2eˉ = S2-	–0,51
Fe2+/Fe	Fe2+ + 2eˉ = Fe	–0,440
Ni2+/Ni	Ni2+ + 2eˉ = Ni	–0,250
Mo3+/Mo	Mo3+ + 3eˉ = Mo	–0,20
Sn2+/Sn	Sn2+ + 2eˉ = Sn	–0,136
Pb2+/Pb	Pb2+ + 2eˉ = Pb	–0,126
Br-/AgBr/Ag	AgBr + eˉ = Ag + Brˉ	+0,0732
Sn4+, Sn2+/Pt	Sn4+ + 2eˉ = Sn2+	+0,15
Cu2+, Cu+/Pt	Cu2+ + eˉ = Cu+	+0,153
Cu2+/Cu	Cu2+ + 2eˉ = Cu	+0,337
Hg22+/Hg	Hg22+ + 2eˉ = 2Hg	+0,788
Ag+/Ag	Ag+ + eˉ = Ag	+0,7991
Hg2+/Hg	Hg2+ + 2eˉ = Hg	+0,854
Hg2+, Hg+/Pt	Hg2+ + eˉ = Hg+	+0,91
Pd2+/Pd	Pd2+ + 2eˉ = Pd	+0,987
Au3+/Au	Au3+ + 3eˉ = Au	+1,498
Ce4+, Ce3+/Pt	Ce4+ + eˉ = Ce3+	+1,61
Au+/Au	Au+ + eˉ = Au	+1,691
Hˉ/H2, Pt	H2 + 2eˉ = 2Hˉ	+2,2
Clˉ|Hg2Cl2|Hg	Hg2Cl2 + 2eˉ = 2Hg + 2Clˉ	+0,2678