Серебряно-цинковые аккумуляторные батареи
Серебряно-цинковые аккумуляторы благодаря меньшей массе и объему при той же емкости и меньшему внутреннему сопротивлению при заданном напряжении получили распространение в космическом электрооборудовании. Активным веществом положительного электрода аккумулятора является окись серебра AgO, а отрицательной пластины — металлический цинк. В качестве электролита используется водный раствор щелочи КОН плотностью 1,46 г/см3.
Заряд и разряд аккумулятора происходит в две ступени. При разряде на обеих ступенях на отрицательном электроде протекает реакция окисления цинка
Zn + 2OH разряд ZnO + H2O + 2e .
На положительном электроде в-две ступени протекает реакция восстановления серебра. На первой ступени двухвалентная окись серебра восстанавливается до одновалентной:
2AgO + 2e + H2Oразряд Ag2O + 2OH .
ЭДС аккумулятора при этом равна 1,82..1,86 В, На второй ступени, когда аккумулятор разрядится примерно на 30 %, происходит восстановление одновалентной окиси серебра до металлического серебра:
Ag2O + 2e + H2Oразряд 2Ag + 2OH .
ЭДС аккумулятора в момент перехода от первой ступени разряда до второй снижается до 1,52..1,56 В. Вследствие этого кривая 2 изменения ЭДС при разряде номинальным током (рисунок 3.2) имеет характерный скачок. При дальнейшем разряде ЭДС аккумулятора остается постоянной, пока аккумулятор не разрядится полностью. При заряде реакции протекает в две ступени. Скачок напряжения и ЭДС возникает, когда аккумулятор зарядится примерно на 30 % (кривая1), В этом состоянии поверхность электрода покрывается двухвалентной окисью серебра.
ЭДС аккумулятора при заряде (1) и разряде (2)
В конце заряда, когда прекращается окисление серебра из одновалентного в двухвалентное во всей толще электрода, начинается выделение кислорода по уравнению
4OH разряд 2H2O + 4e +O2
ЭДС аккумулятора при этом повышается на 0,2...0,3 В (см. рисунок 5.1, пунктирный участок на кривой 1). Выделяющийся при перезарядке кислород ускоряет процесс разрушения целлофановых параметров аккумулятора и возникновения внутренних коротких замыканий.
В процессе заряда вся окись цинка может быть восстановлена до металлического цинка. При перезаряде восстанавливается окись цинка электролита, находящегося в порах электрода, а затем и в сепараторах отрицательных пластин, роль которых выполняют несколько слоев целлофановой пленки. Цинк выделяется в виде кристаллов, которые растут в сторону положительного электрода, образуя цинковые дендрита. Такие кристаллы способны протыкать целлофановые пленки и вызывать короткие замыкания электродов. Цинковые дендриты не вступают в обратные реакции. Опасны поэтому даже кратковременные перезаряды.[5]
3.3 Кадмиево-никелевые аккумуляторные батареи
Активным веществом отрицательного электрода в кадмиево-никелевом аккумуляторе является металлический кадмий. Электролитом в аккумуляторе служит водный раствор едкого калия КОН плотностью 1,18... 1,40 г/см3.
В кадмиево-никелевом аккумуляторе используется окислительно-восстановительная реакция между кадмием и гидратом окиси никеля:
Cd + 2Ni(OH)3 Cd(OH)2 + 2Ni(OH)2
Упрощенно химическую реакцию на электродах можно записать следующим образом. На отрицательном электроде при разряде происходит окисление кадмия:
Cd – 2e Cd++
Ионы кадмия связываются с гидроксильными ионами щелочи, образуя гидрат кадмия:
Cd – 2e + 2OH разряд Cd(OH)2 .
На положительном электроде при разряде восстанавливается никель с трехвалентного до двухвалентного:
2Ni(OH)3 + 2eразряд 2Ni(OH)2 + 2OH .
Упрощение состоит в том, что состав гидроокиси не соответствует точно их формулам. Соли кадмия и никеля малорастворимы в воде, поэтому концентрация ионов Cd++, Ni++, Ni+++определяется концентрацией КОН, от которой в электролите косвенно зависит и величина ЭДС аккумулятора.
Электродвижущая сила только что заряженного аккумулятора равна 1,45 В.В течение нескольких суток после конца заряда происходит снижение ЭДС до 1,36 В.