Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
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 приборах, дозиметрической аппаратуре, регистрирующих измерителях напряжения, слуховых аппаратах, часах, системах противопожарной сигнализации, геофизических устройствах.
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 коррозии 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 температуре напряжение на элементе остается почти неизменным. Практически не имеют газовыделения. Из-за наличия ртути экологически вредны и к применению не рекомендуются. Из-за "ползучести" электролита могут иметь небольшой беловатый налёт соли (карбоната) на уплотнительном кольце. Основные области использования: фотоэкспонометры, фотоаппараты, измерительные приборы, слуховые аппараты, электронные наручные часы (как правило, устаревшие модели). 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 противоположны медно-цинковым. Они выпускаются в виде герметичных элементов малой емкости - от 0,05 до 15 А·ч. В них используется ограниченный объем электролита [около 1 мл/(А·ч)], находящегося в пористой матрице; вследствие этого цинковый электрод работает только на вторичном процессе.
Современные РЦЭ были разработаны С. Рубеном в США в начале 40-х годов нашего века. Благодаря высокой эффективности предложенной им конструкции «пуговичных» (дисковых) элементов широкое производство таких элементов было налажено в США еще в годы второй мировой войны, а в, других странах—после войны.
Теория.
Основу РЦЭ составляет электрохимическая система Zn|KOH|HgO. Конечным продуктов разряда является оксид цинка. Разряд оксида ртути описывается реакцией
HgO+Н20+2е-®Hg+2ОН-.
В начале разряда на потенциальной кривой Е+-τ наблюдается кратковременный спад потенциала, что вызвано кристаллизационной поляризацией при образовании первых микро капель ртути. В дальнейшем катодный потенциал сохраняет стабильность почти до конца разряда, поскольку поляризация мала, а омические потери напряжения в активной массе по мере перехода оксида ртути в металлическую ртуть снижаются.
Сохранность заряда элемента определяется саморазрядом цинкового электрода, причем лимитирующей является катодная реакция восстановления воды до водорода.
Элемент должен сохранять герметичность в течение нескольких лет, поэтому скорость саморазряда должна быть настолько малой, чтобы не создавалось избыточное давление, способное разгерметизировать элемент. Для снижения скорости саморазряда цинкового анода принимают следующие меры: используют особо чистый цинк; с целью резкого повышения водородного перенапряжения цинк обильно амальгамируют; подавляют выделение водорода на поверхности 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 цинковый 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 тонкокристаллического красного оксида ртути, в который добавлены графит и дубитель БНФ. Малозольный мелкомолотый графит повышенной чистоты служит токопроводящей добавкой. Диспергатор дубитель БНФ как органическое поверхностно-активное вещество адсорбируется на ртути, препятствуя образованию крупных капель металла. В результате диспергированная ртуть равномерно распределяется в объеме электрода, повышая его электрическую проводимость и обеспечивая высокий коэффициент 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 стальной ленты толщиной 0.3—0.4 мм и защищен от коррозии электролитическим никелем.
Отрицательным электродом является стальная крышка 1, в которую запрессована активная масса 2—цинковые опилки, благодаря чему электрод обладает необходимой прочностью. Для борьбы с саморазрядом цинк амальгамируют, содержание ртути в активной массе достигает 10%. Как и корпус, крышка кроме своего прямого назначения выполняет функции каркаса электрода и токоотвода. Важную роль играет компактное и достаточно толстое (около 20 мкм) оловянное покрытие, которое служит для защиты стальной поверхности крышки от коррозии, и препятствует саморазряду 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 избытке, и по этому емкость элемента лимитируется цинковым электродом. Если бы емкость ограничивалось положительным электродом, то вслед за зарядом HgO на никелированной поверхности корпуса начался бы процесс разрядки 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 предварительно вводят оксид цинка для образования цинката калия. Иногда в раствор добавляют диоксид кремния, что замедляет старение электролита, препятствует преждевременному распадению тетрагидроксоцинката. Электролит пропитывает электродные активные массы и сепаратор-диафрагму. Диафрагма 9 состоит из 2-4 слоев щелочестойкой хлопковой бумаги, обладающей высокой пористостью и гидрофильностью, впитывающей до восьмикратного объема электролита, плотно заполняя все межэлектродное пространство.
Герметизация элемента осуществляется с помощью резинового 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 элемент. 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 индивидуально, но и в составе батарей. Для этого их комплектуют в секции по 2-10 шт., соединяя последовательно с помощью никелевой ленты. Корпусом секции служит трубка 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, гНоминальная емкость, А.ч
диаметр высотаРЦ53
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 емкость РЦ элементов равна емкости при I100 мА и 20ºС или (разрядное напряжения в 1,0 В). При 50ºС емкость близка к максимально допустимой и коэффициент использования цинка достигает 100%, при 20ºС – к 90% и при 0ºС – к 30%. В конце двух-, трехгодичного срока хранения емкость должна быть не ниже 0.9 СНОМ.
Напряжение разомкнутой цепи РЦ элементов составляет 1,35 В при 250С и при снижении температуры уменьшается незначительно.
Типичные разрядные кривые ртутно-цинковых элементов представлены на рис.2. Элементы отличаются хорошей стабильностью напряжения в течении большей части разряда , что для ряда областей применения является существенным фактором. Разряд ведется до конечного напряжения 0,9-1,1 В (в зависимости от тока); дальше напряжение резко падает. В элементах используются сравнительно толстые электроды с большой емкостью на единицу поверхности. Поэтому заметное снижение емкости начинается уже при разряде токами, соответствующими jp>0.02(при плотностях тока больше 100А/м2). В связи с этим элементы предназначены для разряда в основном малыми и средними токами(jp=<0,01) . Нормированные внутренние сопротивления в зависимости от конструкции колеблется от 1 до 8 Ом.А.ч.
При пониженных температурах работоспособность элементов ухудшается. При 00С снижение емкости начинается при jp=0,005, и внутреннее сопротивление по сравнению с сопротивлением при комнатной температуре возрастает в 2-3 раза. При температуре -200C иjp=0,002 элементы обладают только около 20% номинальной емкости.
Основным достоинством ртутно-цинковых элементов является их малогабаритность. Удельная энергия на единицу массы не очень велика-100-120Вт.ч/кг. Hо благодаря высокой средней плотности, удельная энергия на единицу объема выше, чем у любых других источников тока с водным электролитом, и составляет 400-500 кВт.ч/м3 (все цифры относятся к jp=<0,02). Поэтому они применяются прежде всего в малогабаритных устройствах: ручных электрочасах, карманных электронных калькуляторах и.т.д.
Другим достоинством является хорошая сохраняемость: при хранении в течении 3-5 лет потери емкости составляют 5-15%. Допускается хранение при высоких температурах, например 3 месяца при температуре 500С и кратковременно даже при температуре 700С,
Основными недостатками ртутно-цинковых элементов являются их высокая стоимость и дефицитность ртутного сырья.
Рис.2.Разрядные кривые элемента РЦ53 при комнатной температуре.
Типичные разрядные характеристики на примере дискового элемента РЦ73 показаны на рис.3 (кривые 1-3).
Рис.3. Разрядные характеристики дискового элемента РЦ73 при температуре 500С(1), 200С(2) и 00С(3-5): разряд током: 1,2,3 - 0,01 Сном; 4 – 0,02 Сном; 5 – 0,04 Сном.
Большинство РЦ элементов рассчитано на эксплуатацию в температурном интервале от 0 до 50°С при токах разряда менее I10. перегрев элемента при повышенных как токовой нагрузке, так и окружающей температуре, опасен из-за риска разгерметизации. Некоторые элементы разработаны для экстремальных температурных условий. Так, элемент РЦ82 выдерживает перегрев до +700С, элемент РЦ85 работоспособен при температуре от-30 до +500С.
Ртутно-цинковые элементы отличаются высокой механической прочностью, они устойчивы к вибрации, ударам, центробежному ускорению. Они также работоспособны в условиях как повышенного давления (до 106 Па), так и глубокого вакуума (около 10-4 Па), для них неопасна 98% влажность. Удельная энергия лучших образцов достигает 110 Вт·ч/кг, или около 400 Вт·ч/л; срок службы 3¸5 лет при саморазряде за три года не выше 10% (20°С). Недостатками элементов являются их низкая технологичность, а также высокая стоимость, обусловленная применением дорогостоящей и дефицитной ртути и ее оксида. Производство РЦ элементов, связанное с применением токсичных веществ, требует специальных мер по технике безопасности.
Перезаряжаемые элементы.
Ртутно-цинковые источники тока могут быть изготовлены и в перезаряжаемом (аккумуляторном) варианте. Однако при этом встречаются значительные трудности из-за того, что образующаяся при заряде металлическая ртуть сливается в большие капли, которые потом трудно окислить при заряде. Для предотвращения этого эффекта в массу положительного электрода вместо графита добавляют тонкий серебряный порошок. При разряде элемента, по мере образования металлической ртути, серебро амальгамируется. Удельная энергия перезаряжаемых ртутно-цинковых элементов в 4-5 раз меньше, чем удельная энергия первичных элементов; она так же уступает удельной энергии малогабаритных перезаряжаемых серебряно-цинковых элементов.
Технические характеристики.
Таблица 2
Наименование
Размеры (мм)
Масса (кг)
Напряжение (В)
Емкость (Ач)
Срок хранения (мес)
RTS-15
РЦ-15 6.3х6.0 0.085 1.25 0.033 24RTS-17
РЦ-17 5.5х24.5 0.0024 1.25 0.1 31RTS-32
РЦ-32 10.9х3.6 0.0014 1.25 0.1 9RTS-53
РЦ-53 15.6х6.3 0.0046 1.25 0.3 18RTS-53U
РЦ-53У 15.6х6.3 0.0046 1.25 0.175 60RTS-55
РЦ-55 15.6х12.5 0.0095 1.22 0.55 36RTS-57
РЦ-57 16.6х17.8 0.017 1.25 1 18RTS-63
РЦ-63 21.0х7.4 0.011 1.25 0.65 24RTS-65
РЦ-65 21.0х13.0 0.018 1.22 1.1 36RTS-73
РЦ-73 25.5х8.4 0.017 1.25 1.1 24RTS-75
РЦ-75 25.5х13.5 0.027 1.22 1.8 36RTS-82
РЦ-82 30.1х9.4 0.03 1.25 1.5 24RTS-83
РЦ-83 30.1x9.4 0.028 1.25 1.8 24RTS-83H
РЦ-83Х 30.1x9.4 0.0253 1.25 1.5 18RTS-85
РЦ-85 30.1x14.0 0.039 1.22 2.8 36RTS-93
РЦ-93 30.6х60.8 0.17 1.25 13.6 36RTS-93S
РЦ-93С 30.6х60.8 0.17 1.25 13.6 632RTS53-10RTS53
2РЦ53-10РЦ53 15.6Н16-72 0.01-0.05 2.5-12.5 0.25 152RTS55-10RTS55
2РЦ55-10РЦ55 16.2Н28-132 0.02-0.098 2.44-12.2 0.5 242RTS63-10RTS63
2РЦ63-10РЦ63 21.6Н18-81 0.02-0.113 2.5-12.5 0.55 182RTS65-10RTS65
2РЦ65-10РЦ65 21.0Н29-137 0.037-0.183 2.44-12.2 1 242RTS73-10RTS73
2РЦ73-10РЦ73 26.1Н20-91 0.036-0.176 2.5-12.5 1 182RTS75-10RTS75
2РЦ75-10РЦ75 26.1Н30-142 0.056-0.28 2.44-12.2 1.5 242RTS83-10RTS83
2РЦ83-10РЦ83 30.7Н22-101 0.057-0.285 2.5-12.5 1.5 182RTS85-10RTS85
2РЦ85-10РЦ85 30.7Н31-147 0.084-0.42 2.44-12.2 2.5 244RTS57
4РЦ57 18.9х73.0 0.085 5 0.54 125RTS53U
5РЦ53У"Мотив" 17.1х41.0 0.042 6.25 0.02 607RTS53U
7РЦ53У 17.3х53.5 0.05 8.75 0.1 545RTS83H
5РЦ83Х 30.7х52.0 0.142 6.25 1.5 96RTS83H
6РЦ83Х 30.7х62.0 0.171 7.5 1.5 99RTS83H
9РЦ83Х 30.7х91.0 0.256 11.25 1.5 92401
26х6х15 0.007 2.5 0.1 302402
26х6х25 0.0125 2.5 0.2 302403
26х6х35 0.0177 2.5 0.3 303601
6.2х80 0.0106 3.75 0.1 303602
26х6х35 0.0177 3.75 0.2 30BOR
БОР 24.5х53.5 0.075 7.5 0.2 12PRIBOY-2S
ПРИБОЙ-2С 137.5х80х25.5 0.05 9.4 1.98 30PRIBOY-2K
ПРИБОЙ-3К 137.5х80х25.5 0.05 9.4 1.98 18ACTSIYA
АКЦИЯ 24.2х60.0 0.082 7.5 0.2 156RTS63
6РЦ63 89.2х24.8х29.6 0.145 7 1 96RTS53
6РЦ53 34х18.4х26.5 0.04 7 0.19 912RTS63
12РЦ63 71х46х105 0.91 15.5 1.8 93RTS93
3РЦ93 30.5х188.0 0.55 3.75 7 20Первичные химические источники тока, разработанные для изделий спецтехники.
Таблица 3
Тип
Габариты, мм
Емкость, Ач
Номин. напр., В
Ном. ток разряда,
Интервал темп., ° С
Сохраняемость,
Æ
h
мА
мес.
РТУТНО-ЦИНКОВЫЕ ИСТОЧНИКИ ТОКА
РЦ-93С
30,5 60,50 14 1,25 300 0 – +50 60PЦ-59
16,6 50,60 3 1,25 60 0 – +50 12PЦ-963
60х30х6 3 1,25 20 -5 – +40 60PЦ-85
30,1 14 2,60 1,22 50 0 – +50 30PЦ-83
30,1 9,40 1,50 1,25 50 0 – +50 16РЦ83Х
30,1 9,4 1,5 1,25 50 -40– +50 36PЦ-75
25,5 13,50 1,50 1,22 30 0 – +50 30PЦ 73
25,5 8,40 1 1,25 30 0 – +50 16PЦ-65
21 13 1 1,22 20 0 – +50 30PЦ-63
21 7,40 0 55 1,25 20 0 – +50 18РЦ-71Н
25,2 2,80 0,25 1,25 5 -5 – +40 9РЦ57
16,5 17,8 0,85 1,25 0– +50 18РЦ-55С
16 6 12,30 0,5 1,25 10 0 – +50 30PЦ-53
15,6 6,30 0,25 1,25 10 0 – +50 12РЦ53У
15,8 6,3 0,175 1,25 10 -30– +50 52РЦ-33
11,6 5,40 0,15 1,25 5 5 – +50 12РЦ-31Ф
11,6 3,60 0,1 1,25 5 -5 – +40 9PЦ-32
10,9 3,60 0 05 1,25 2 0 – +50 9РЦ 32Х
11,0 3,5 0,05 1,25 2 -40– +50 12РЦ- 17
5,1 24 0,1 1,25 5 -5 – +40 24PЦ- 15
6,3 6 0 04 1,25 0,3 0 – +50 6PЦ- 11
4,7 5 0,02 1,25 0 15 0 – +50 6ХИТ производственного назначения ртутно-цинковой системы (Hg-Zn).
Таблица 4
Наименование
Габаритные размеры, мм
Масса,
кг.
Напряжение,
В.
Емкость, Ач.
ГСХ,
мес.
РЦ-15
Æ6,3х6 0,0850 1,25 0,033 24РЦ-17
Æ5,5х24,5 0,0024 1,25 0,100 31РЦ-32
Æ10,9х3,6 0,0014 1,25 0,100 9РЦ-53
Æ15,6х6,3 0,0046 1,25 0,300 18РЦ-53у
Æ15,6х6,3 0,0046 1,25 0,175 60РЦ-55
Æ15,6х12,5 0,0095 1,22 0,550 36РЦ-57
Æ16,6х17,8 0,0170 1,25 1,000 18РЦ-63
Æ21,0х7,4 0,0110 1,25 0,650 24РЦ-65
Æ21,0х13,0 0,0180 1,22 1,100 36РЦ-73
Æ25,5х8,4 0,0170 1,25 1,100 24РЦ-75
Æ25,5х13,5 0,0270 1,22 1,800 36РЦ-82
Æ30,1х9,4 0,0300 1,25 1,500 24РЦ-83
Æ30,1х9,4 0,0280 1,25 1,800 24РЦ-83Х
Æ30,1х9,4 0,0253 1,25 1,500 18РЦ-85
Æ30,1х14,0 0,0390 1,22 2,800 36РЦ-93
Æ30,6х60,8 0,1700 1,25 13,600 36РЦ-93С
Æ30,6х60,8 0,1700 1,25 13,600 634РЦ57
Æ18,9х73 0,0850 5,00 0,540 125РЦ53У”Мотив”
Æ17,1х41 0,0420 6,25 0,020 607РЦ53У
Æ17,3х53,5 0,0500 8,75 0,100 545РЦ83Х
Æ30,7х52 0,1420 6,25 1,500 96РЦ83Х
Æ30,7х62 0,1710 7,50 1,500 99РЦ83Х
Æ30,7х91 0,2560 11,25 1,500 9БОР
Æ24,5х53,5 0,0750 7,50 0,200 12ПРИБОЙ-2с
137,5х80х25,5 0,5000 9,40 1,980 30ПРИБОЙ-2к
137,5х80х25,5 0,5000 9,40 1,980 18АКЦИЯ
Æ24,2х60 0,0820 7,50 0,200 156РЦ63-2(2-01)
89,2х24,8х29,6 0,1450 7,00 1,000 96РЦ53(2-03)
34х18,4х26,5 0,0400 7,00 0,190 912РЦ63-6(2-02)
71х46х105 0,9100 15,50 1,800 93РЦ93
Æ30,5х188 0,5500 3,75 7,000 20Ртутно-цинковые элементы и батареи.
Таблица 5
МЭК
ГОСТ, ТУ
Габариты (D * h), мм
Масса,
г.
Напряжение,
В
Емкость,
мА*ч
Элементы
MR6
10,5 * 44,5 25 1,35 1700MR9
РЦ 53 16 * 6,2 4,2...4,6 1,35 250...360MR19
РЦ 85 30,8 * 17 43 1,35 3000MR42
РЦ 31 11,6 * 3,6 1.4...1.6 1,35 110MR52
РЦ 55 16,4 * 11,4 8...9 1,35 450...500РЦ 63 21 * 7,4 11 1,34 700
РЦ 65 21 * 13 18,1 1,34 1500
РЦ 73 25,5 * 8,4 17,2 1,34 1200
РЦ 75 25,5 * 13,5 27,3 1,34 2200
РЦ 82 30,1 * 9,4 30 1,34 2000
РЦ 83 30,1 * 9,4 28,2 1,34 2000
РЦ 93 31 * 60 170 1,34 13000
Батареи
3MR9
3РЦ 53 17 * 21,5 15 4,05 250...3604MR9
4РЦ 53 17 * 27 20 5,4 3602MR52
2РЦ 55с 17 * 23 19 2,7 4503MR52
3РЦ 55с 17 * 35 28 4,05 4504РЦ 55с 16,2 * 53 40 5,4 450
5РЦ 55с 16,2 * 66 50 6,7 450
6РЦ 63 23 * 48 72 7,2 600
Список используемой литературы:
1. Багоцкий В.С., Скундин А.М. - «Химические источники тока».
2. Варыпаев В.Н. и др. – «Химические источники тока».
3. Деордиев С.С. – «Аккумуляторы и уход за ними».