Химия - Фролов В.В.
Скачать (прямая ссылка):
Таблица 9.6. Приближенные значения перенапряжения (т|0) для водорода и кислорода на некоторых электродах
Металл электрода 110 Металл электрода
водорода кислорода
водорода кислорода
Р1 (платинированная) 0 0,25 Си 0,23 —
Ре 0,08 0,25 Эп 0,53
Р1: (гладкая) 0,09 0,45 РЬ . 0,64 0,31
0,15 0,41 1г\ 0,70 — .
т 0,21 0,06 Щ 0,78 —
249
Таким образом, при практическом применении электрохимических процессов следует учитывать не только термодинамику,1 но и кинетику процессов, так как в реальных условиях скорость растворения или выделения металла (теоретически определяемая плотностью тока) может существенно изменять результаты процесса.
9.8. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИКЕ
Электрохимические процессы очень широко применяются в современном научном эксперименте, в аналитической химии, биохимии, в современной технологии машино- и приборостроения. Эти процессы используются в источниках тока, преобразующих химическую энергию в электрическую, в электролизе, применяющемся для высокой очистки веществ, и для других самых различных целей.
Источники электрической энергии. Все источники электрической энергии, основанные на электрохимических процессах, можно разделить на два типа, однократного действия — элементы — и многократного действия — аккумуляторы.
Элементы применяются в виде сухих батарей, полностью герметизированных, или наливных, в которые для их использования надо заливать воду или электролит. Наиболее распространены и удобны сухие элементы и батареи из них. Однако срок действия их ограничен (хранение 1—2 года), так как в них возникает со временем «саморазряд» — явление, понижающее разность их потенциалов и емкость, т. е. количество электрической энергии, которое может запасти или отдать тот или иной источник тока.
Напряжение или разность потенциалов элемента всегда ниже ЭДС (с. 233) и зависит от силы разрядного тока. Типичный график, характеризующий работу или разряд марганцево-цинковой батареи, приведен на рис. 134. Как видно из расположения кривых
?.о ад 60 ВО 100 і 20
3
ц-
(-)
в
2
5
Время, ч
Рис. 134 Характеристики разряда галет-ной батареи 70-АМЦГ-163
Рис. 135. Марганцево-цинковый стаканчи-ковый элемент:
/ — колпачок (контакт); 2 — изоляционная масса; 3 — угольный стержень; 4 — цинковый стаканчик; 5 — паста ЫН^С!; 6 — пакет Мп02; 7 — изоляция
7
250
для различных значений разрядного тока, время работы и напряжение батареи являются переменными величинами, зависящими от силы тока.
Разработано очень много элементов и батарей из них, предназначенных для различных целей. Например, существуют малогабаритные элементы и батареи, способные работать при малых разрядных токах десятки лет. Существует особый класс так называемых «топливных» элементов, в которых электрическая энергия получается за счет окисления топлива.
Марганцево-цинковый элемент стакан.чико-вого типа. Действие элемента основано на реакции
Конструктивное оформление этой ионной реакции (рис. 135) не должно допускать выделения каких-либо газов, так как элемент загерметизирован и предусматривает монтаж батарей на любое напряжение, занимающих минимальный объем и имеющих минимальную массу. Положительный угольный электрод является коллектором электронов. Работа марганцево-цинкового элемента протекает следующим образом, цинковый стаканчик — анод — растворяется:
электролит — паста из 1ЧН4С1 — взаимодействует с ионами 2п2+: 2гпН- + 41МН<С1-ь [Ъп (Ш3)4] С12 + 1пС\2 + 4Н+
Электроны от цинка по внешней цепи идут к катоду, изготовленному из пакета Мп02, и сюда же приходят ионы Н+ по внутренней цепи:
Водород не выделяется, так как Мп02 очень хороший деполяризатор.
Марганце, в о-ц инковый элемент галет ног о типа (рис. 136). В этой конструкции элемента электрохимический процесс тот же самый, но отсутствие угольного электрода позволяет монтировать батареи значительно компактнее.
2Мп4+ + 2п°->2Мп:1+ + 1п2+
-1-4 +3
4Мп02 + 4Н+ + 4е-^4МпО(ОН)
/ 2-
,3
Рис. 136. Марганцево-цинковый эле-
Рис. 137. Марганцево-цинковый
мент галетного типа:
элемент пуговичного типа:
/ — биполярный проводящий слой; 2 — цинковый электрод; 3 —• хлорвиниловый корпус; 4 -— паста-электролит; 5 — бумажная прокладка;
/ — оболочка из металла; 2 — положительный электрод (Мп02); 3 —
б — положительный электрод (Мп02)
изолятор; 4 — цинковый электрод; 5 — сепаратор с щелочным электролитом
251
Марганцев о-ц инковый элемент пуговичного типа- (рис. 137). Этот тип элемента еще компактнее и полностью герметизирован. Сборка батареи упрощена.
Марганцево-цинковые батареи выпускаются самых разнообразных видов, с напряжениями от 3 до 102 В и емкостями от 0,5 до 30 А • ч. Масса батарей — от 100 г до 20 кг.
В настоящее время разработаны более совершенные конструкции элементов, работающие и при повышенных, и при отрицатель--ных температурах.
О к и с н о р т у т н ы й элемент (наливной тип) основан на окислении цинка оксидом ртути в щелочной среде:
