Товарознавчі характеристики виробів, що є хімічними джерелами елекричної енергії для продукції побутового і промислового призначення



Сторінка1/5
Дата конвертації05.12.2016
Розмір0,52 Mb.
  1   2   3   4   5
Товарознавчі характеристики виробів, що є хімічними джерелами елекричної енергії для продукції побутового і промислового призначення*
Хімічні джерела струму – це джерела електричної енергії, яка виробляється шляхом конвертації хімічної енергії в електричну, що складаються з одного чи декількох неперезаряджуваних первинних елементів або перезаряджуваних вторинних елементів (акумуляторів), у тому числі інтегрованих у вироби промислового чи побутового призначення.

Перше хімічне джерело струму сконструював італійський вчений Алессандро Вольта у 1800 році. Елемент Вольта складався із мідної та цинкової пластин, занурених у солону воду. Згодом Вольта з’єднав елементи у батарею, яку ще називають стовпом Вольта. У 1836 році англійський хімік Джон Даніель удосконалив елемент Вольта, помістивши мідний та цинковий електроди у розчин сульфатної кислоти. Ця конструкція дістала назву «елемента Даніеля». У 1859 році французький фізик Гастон Планте винайшов свинцево-кислотний акумулятор. Цей тип елемента і сьогодні використовується в автомобільних акумуляторах. 1866 року французький хімік Жорж Лекланше створив свій гальванічний елемент (елемент Лекланше), який складається із цинкового стаканчика, заповненого водним розчином хлорид амонію, у який занурений електрод із манган (IV) оксиду марганцю із графітовим струмовідводом. Модифікація цієї конструкції досі також використовується у сольових батарейках для різних побутових пристроїв. У 1890 році у Нью-Йорку Конрад Губерт створює перший кишеньковий електричний ліхтар, використавши елемент Лекланше. А вже у 1896 році компанія National Carbon започатковує серійне виробництво перших у світі сухих елементів Лекланше «Columbia». У 1899 році Вальдемар Юнгнер опрацював перші взірці нікель-кадмієвих акумуляторів (Ni-Cd), а у 1946 році розпочато виготовлення герметичних нікель-кадмієвих акумуляторів. Починаючи із 1960 року, на ринку з’являються лужні марганцево-цинкові елементи. 1970 року стартувала ера літієвих хімічних джерел струму. Масове виробництво металогідридних акумуляторів (Ni-MH) налагоджено у 1990 році [1−5].

В основі товарознавчих характеристик хімічних джерел електричної енергії лежать базові електричні характеристики, на яких ґрунтуються і подальші економічні показники хімічних джерел електричної енергії як товару. Нижче наведено їх перелік.

Електрорушійна сила ∆ε (ЕРС) – це різниця термодинамічних потенціалів ХДЕЕ при рівноважних умовах:


(1.115)


,

де ε – електрорушійна сила джерела енергії;



ЕК – термодинамічний потенціал катода;

ЕA – термодинамічний потенціал анода.

Електрорушійна сила ХДЕЕ пов’язана з вільною енергією Гіббса таким співвідношенням:


(1.116)


.

Звідси ,


(1.117)

де ∆G – вільна енергія Гіббса;

H – зміна ентальпії сумарної струмоутворювальної реакції;

Tтемпература;

S – зміна ентропії сумарної струмоутворювальної реакції;



z – кількість електронів, які беруть участь в елементарному акті реакції;

F – число Фарадея.

Напруга розімкненого кола (UРК) включає суму потенціалів на границі різних металів зовнішнього електричного кола. Достатньо довго ЕРС і UРК вважали тотожними, однак звично ЕРС > UРК. Це зумовлено або нестехіометричністю активних матеріалів, або варіаціями у складі електроліту джерела.

Номінальна розрядна напруга (Uрозр) – усереднена величина між початковою (Uп) та кінцевою (Uк) напругами при розряді заданим струмовим навантаженням за визначених умов.

Розрядний струм (Ір) – це струм, який протікає у замкнутому колі при підключення зовнішнього джерела споживання електричної енергії (розрядне навантаження). Процес розряду можна проводити при різних навантаженнях, тобто у замкнутому електричному колі протікатиме струм заданої величини.

Номінальна розрядна ємність (C) – це кількість електрики, яку ХДЕЕ віддає для досягнення заданої кінцевої розрядної напруги за визначених умов. При проведенні розряду у гальваностатичному режимі розрядна ємність визначається як добуток сили струму I на час розряду t:

.
(1.118)

Одиницею вимірювання є ампер·година (А·год).

Питома ємність (с) – це кількість електрики, яку ХДЕЕ віддає для досягнення заданої кінцевої розрядної напруги, віднесена до маси джерела:

,
(1.119)

де I – сила розрядного струму;



tчас розряду;

m – маса джерела.

Вимірюється питома ємність у А·год/кг або мА·год/г.

Питома енергоємність (W) – це кількість електричної енергії, яка припадає на одиницю маси або об’єму ХДЕЕ:

,
(1.120)

або


,
(1.121)

де Uрозр – номінальна розрядна напруга;



I – сила розрядного струму;

t – час розряду;

с – ємність джерела;

V – об’єм джерела.

Вимірюють питому енергоємність у Вт·год/кг або Вт·год/л і використовують для порівняння та оцінки хімічних джерел струму. Порівняння енергетичних характеристик деяких первинних та вторинних джерел струму наведено у табл. 1.80.

Внутрішній опір (Ri) – параметр, який включає омічну і поляризаційну складову. Величина внутрішнього опору залежить від провідності електроліту і електродних матеріалів, розмірів та конструкції ХДЕЕ. Чим менше значення внутрішнього опору, тим більший струм може віддати джерело. Зазвичай, чим більші розміри ХДЕЕ, тим менше значення його внутрішнього опору і більша потужність.

Таблиця 1.80

Енергетичні характеристики деяких типів ХДЕЕ




ХДЕЕ

Питома енергоємність, Вт·год/кг

Теоретична,

Вт·год/кг



Практична

Вт·год/кг

Вт·год/л

Zn // MnO2

336

50-80

120-150

Cd // Ni(OH)2

209

50

100

Zn // Ni(OH)2

209

60

180

PbO2 // Pb

170

30

50

Ni-MH

380

60

80

Li-ion

500-550

150

220

Омічну складову внутрішнього опору можна виміряти таким чином. При навантаженні джерела струмом і1 за декілька секунд заміряють значення напруги U1, а потім збільшують струм до величини і2 і заміряють зменшену напругу U2. Омічну складову внутрішнього опору Ri визначають за формулою:



.
(1.122)

Оцінити приблизну величину внутрішнього опору можна також за величиною струму короткого замикання (Ік.з.).

Точніше визначити внутрішній опір можна на основі імпедансних вимірювань.

Як було зазначено вище, електричні характеристики хімічних джерел електричної енергії лежать в основі експлуатаційних, інакше кажучи, товарознавчих характеристик, серед яких основними є такі: термін дії, ресурс, збереженість заряду, температурний інтервал роботоздатності джерела, токсичність та інші (табл. 1.81).

Термін дії ХДЕЕ – інтервал часу, протягом якого джерело зберігає паспортні характеристики, які подає підприємство-виробник. Термін дії сучасних ХДЕЕ − 3-5 років, але для окремих типів може сягати десятиріч.

Ресурс ХДЕЕ оцінюють кількістю заряд-розрядних циклів, які повинен витримати акумулятор. Ресурс акумулятора залежить від глибини розряду, наприклад, при глибині розряду 30% нікель-кадмієва батарея має ресурс 2000 циклів, при глибині розряду 80% – 800 циклів, а при 100% – 500 циклів.



Таблиця 1.81

Експлуатаційні характеристики деяких типів ХДЕЕ




ХДЕЕ

Ресурс

(кількість циклів )*



Термін дії (роки)

Саморозряд

(%/місяць)



Температурний інтервал

(оС)



Токсичність компонентів

Zn // MnO2

500

5

2

-10 + 65

низька

Cd // Ni(OH)2

2000

5

15-20

-20 + 45

висока

Zn // Ni(OH)2

500

3

15-20

-10 +50

середня

PbO2 // Pb

500

3

3-5

-30 +50

висока

Ni-MH

800

3

20-30

-10 + 40

середня

Li-ion

800-1000

3-5

8-15

-20 + 60

середня

Каталог: Referats
Referats -> Аварії на підприємствах
Referats -> Реферат з географії на тему: " Фінляндія"
Referats -> Реферат Епігенетичні основи і причини взаємозв’язку диференціації клітин, канцерогенезу та старіння
Referats -> Розробка й аналіз методів реалізації прискорення задач закриття інформації на різних обчислювальних платформах
Referats -> Обґрунтування адаптивних стратегій рослин для ресурсозбереження та агровиробництва
Referats -> Реферат циклу наукових праць за темою індикація стану техногенного середовища за мінливістю судинних рослин
Referats -> Матеріалознавство у товарознавчій експертизі 7 Рідкісноземельні метали
Referats -> План Вступ Гідроелектростанції (гес)


Поділіться з Вашими друзьями:
  1   2   3   4   5


База даних захищена авторським правом ©uchika.in.ua 2019
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка