Ртутно-цинковые элементы

Министерство Образования

Российской Федерации

Камский Государственный

Политехнический Институт

Кафедра Э и Э

Реферат.

на тему: Ртутно-цинковые аккумуляторы.

Выполнил ст. гр. 2410

Мансуров. Р.

Проверил профессор

Обухов С. Г.

Набережные Челны 2003 г.

Содержание.

стр.

Введение__________________________________________3

Ртутно-цинковые аккумуляторы______________________4

Теория____________________________________________4

Устройство дискового элемента_____________________5

Характеристики____________________________________7

Перезаряжаемые элементы___________________________9

Технические характеристики_______________________10

Первичные химические источники тока, разработанные для изделий спецтехники______________________________11

ХИТ производственного назначения ртутно-цинковой системы (Hg-Zn)______________________________________12

Ртутно-цинковые элементы и батареи________________13

Список используемой литературы____________________14

Введение.

Ртутно-цинковые элементы питания используются для автономного питания в контрольно-измерительных прибо-рах, дозиметрической аппаратуре, регистрирующих измери-телях напряжения, слуховых аппаратах, часах, системах противопожарной сигнализации, геофизических устройст-вах.

Особенности:

• стабильное напряжение;

• миниатюрность;

• высокие разрядные токи;

Источникам данной системы не требуется время для "отдыха", элементы прекрасно работают и в прерывистом и в непрерывистом режиме.

Кроме того, элементы обладают устойчивостью к кор-розии и к высокой относительной влажности в процессе длительного срока хранения.

Электрохимическая система: цинк-окись ртути-гидрат окиси натрия. Имеют высокие энергетические показатели, характеризуются практически плоской кривой разряда, но работоспособны только при положительных температурах (0...50°C). При малых токах разряда и стабильной темпе-ратуре напряжение на элементе остается почти неизмен-ным. Практически не имеют газовыделения. Из-за наличия ртути экологически вредны и к применению не рекоменду-ются. Из-за "ползучести" электролита могут иметь не-большой беловатый налёт соли (карбоната) на уплотни-тельном кольце.

Основные области использования: фотоэкспонометры, фотоаппараты, измерительные приборы, слуховые аппараты, электронные наручные часы (как правило, устаревшие мо-дели).

Срок хранения до начала эксплуатации не более 1...1,5 лет.

Ртутно-цинковые аккумуляторы.

Среди щелочных первичных элементов с цинковым анодом ртутно-цинковые элементы (РЦЭ) в некотором роде проти-воположны медно-цинковым. Они выпускаются в виде герме-тичных эле¬ментов малой емкости - от 0,05 до 15 А•ч. В них используется ограниченный объем электролита [около 1 мл/(А•ч)], находя¬щегося в пористой матрице; вследст-вие этого цинковый элек¬трод работает только на вторич-ном процессе.

Современные РЦЭ были разработаны С. Рубеном в США в начале 40-х годов нашего века. Благо¬даря высокой эффек-тивности предложенной им конструкции «пуговичных» (дис-ковых) элементов широкое производство таких элементов было налажено в США еще в годы второй мировой войны, а в, других странах—после войны.

Теория.

Основу РЦЭ составля¬ет электрохимическая система Zn|KOH|HgO. Конечным продуктов раз¬ряда является оксид цинка. Разряд оксида ртути описывается реакцией

HgO+Н20+2е-Hg+2ОН-.

В начале разряда на потенциальной кривой Е+-τ наблю-дается кратковременный спад потенциала, что вы¬звано кристаллизационной поляризацией при образова¬нии первых микро капель ртути. В дальнейшем катодный потенциал со-храняет стабильность почти до конца разря¬да, поскольку поляризация мала, а омические потери напряжения в ак-тивной массе по мере перехода оксида ртути в металличе-скую ртуть снижаются.

Сохранность заряда элемента определяется самораз¬рядом цинкового электрода, причем лимитирующей является катодная реакция восстановления воды до водорода.

Элемент должен со¬хранять герметичность в течение не-скольких лет, поэтому скорость саморазряда должна быть настолько малой, чтобы не создавалось избыточное давле-ние, способное разгерметизировать элемент. Для снижения скорости са¬моразряда цинкового анода принимают следую-щие меры: используют особо чистый цинк; с целью резкого повыше¬ния водородного перенапряжения цинк обильно амальгамируют; подавляют выделение водорода на по¬верхности других металлов, контактирующих с цинковым анодом; в качестве электролита используют раствор КОН высокой концентрации, который предварительно насыщают цинкатом калия; структуру активной массы отрицательного электрода создают достаточно грубодисперсной, для этого применяют цинковые опилки или цин¬ковый порошок крупных фракций.

Устройство дискового элемента.

Рис.1. Устройство ртутно-цинкового элемента: 1 - крышка (отрицательный полюс); 2 - цинковый электрод; 3 - резиновое уплотнительное кольцо; 4 - бумага, пропитанная электролитом; 5 - ртутний электрод; 6 - корпус (положительный полюс).

Положительный электрод представляет собой активную массу 5, впрессованную в стальной корпус 6. Активная масса состоит из тонкокрис¬таллического красного оксида ртути, в который добавлены графит и дубитель БНФ. Ма¬лозольный мелкомолотый гра¬фит повышенной чистоты слу¬жит токопроводящей добав¬кой. Диспергатор дубитель БНФ как органическое поверхностно-активное вещество адсорбиру-ется на ртути, препятствуя образованию крупных капель металла. В результате диспергированная ртуть равномерно рас¬пределяется в объеме электрода, повышая его электри¬ческую проводимость и обеспечивая высокий коэффици¬ент использования. Кроме того, крупные капли ртути, попав в межэлектродное пространство, способны вызвать короткое замыкание и вывести элемент из строя.

Корпус, в который впрессована активная оксидно-ртутная масса, служит одновременно каркасом электрода и положительным токоотводом. Он отштампован из сталь¬ной ленты толщиной 0.3—0.4 мм и защищен от коррозии элек-тролитическим никелем.

Отрицательным электродом является стальная крыш¬ка 1, в которую запрессована активная масса 2—цинко¬вые опил-ки, благодаря чему электрод обладает необхо¬димой проч-ностью. Для борьбы с саморазрядом цинк амальгамируют, содержание ртути в активной массе до¬стигает 10%. Как и корпус, крышка кроме своего пря¬мого назначения выполня-ет функции каркаса электрода и токоотвода. Важную роль играет компактное и доста¬точно толстое (около 20 мкм) оловянное покрытие, ко¬торое служит для защиты стальной поверхности крышки от коррозии, и препятствует самораз-ряду цинка, поскольку перенапряжение выделения водорода на железе гораздо ниже, чем на амальгамированном олове.

Не смотря на то, что оксид ртути значительно дороже чем цинка, оксиднортутная активная масса берется в из-бытке, и по этому емкость элемента лимитируется цинко-вым электродом. Если бы емкость ограничивалось положи-тельным электродом, то вслед за зарядом HgO на никели-рованной поверхности корпуса начался бы процесс разряд-ки молекул воды с образованием водорода. Вероятность разрушения элемента и вытекания ртути при этом весьма велика.

В РЦ элементах в качестве электролита используют раствор КОН высокой степени чистоты, в который предва-рительно вводят оксид цинка для образования цинката ка-лия. Иногда в раствор добавляют диоксид кремния, что замедляет старение электролита, препятствует преждевре-менному распадению тетрагидроксоцинката. Электролит пропитывает электродные активные массы и сепаратор-диафрагму. Диафрагма 9 состоит из 2-4 слоев щелочестой-кой хлопковой бумаги, обладающей высокой пористостью и гидрофильностью, впитывающей до восьмикратного объема электролита, плотно заполняя все межэлектродное про-странство.

Герметизация элемента осуществляется с помощью рези-нового или пластмассового кольца 3, которое является одновременно и изолятором между электродами. Давление водорода из-за малого самозаряда повышается медленно, однако и оно способно со временем разгерметировать эле-мент. При завальцовке корпуса обеспечивают такое сжатие резины, чтобы исключить вытекание электролита и в то же время дать возможность водороду медленно диффундировать в атмосферу.

Ртутно-цинковые элементы используют не только инди-видуально, но и в составе батарей. Для этого их ком-плектуют в секции по 2-10 шт., соединяя последовательно с помощью никелевой ленты. Корпусом секции служит труб-ка из многослойной полимерной пленки.

Характеристики.

Габариты, масса и емкость наиболее распространенных РЦ элементов согласно ГОСТ 12537-76 представлены в табл.1.

Таблица 1

Обозначение элемента Размеры, мм Масса, г Номинальная емкость, А.ч

диаметр высота

РЦ53

РЦ55

РЦ63

РЦ65

РЦ73

РЦ75

РЦ83

РЦ85 15,6

15,6

21,0

21,0

25,0

25,5

30,1

30,1 6,3

12,5

7,4

13,0

8,4

13,5

9,4

14,0 4,6

9,5

11,0

18,1

17,2

27,3

28,2

39,5 0,3

0,55

0,65

1,1

1,1

1,8

1,8

2,8

Номинальная