Каталог :: Химия

Реферат: 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 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 элементаРазмеры, ммМасса, г

Номинальная емкость, А.ч

диаметрвысота

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 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 00 С 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 +700 С, 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-156.3х6.00.0851.250.03324

RTS-17

РЦ-175.5х24.50.00241.250.131

RTS-32

РЦ-3210.9х3.60.00141.250.19

RTS-53

РЦ-5315.6х6.30.00461.250.318

RTS-53U

РЦ-53У15.6х6.30.00461.250.17560

RTS-55

РЦ-5515.6х12.50.00951.220.5536

RTS-57

РЦ-5716.6х17.80.0171.25118

RTS-63

РЦ-6321.0х7.40.0111.250.6524

RTS-65

РЦ-6521.0х13.00.0181.221.136

RTS-73

РЦ-7325.5х8.40.0171.251.124

RTS-75

РЦ-7525.5х13.50.0271.221.836

RTS-82

РЦ-8230.1х9.40.031.251.524

RTS-83

РЦ-8330.1x9.40.0281.251.824

RTS-83H

РЦ-83Х30.1x9.40.02531.251.518

RTS-85

РЦ-8530.1x14.00.0391.222.836

RTS-93

РЦ-9330.6х60.80.171.2513.636

RTS-93S

РЦ-93С30.6х60.80.171.2513.663

2RTS53-10RTS53

2РЦ53-10РЦ5315.6Н16-720.01-0.052.5-12.50.2515

2RTS55-10RTS55

2РЦ55-10РЦ5516.2Н28-1320.02-0.0982.44-12.20.524

2RTS63-10RTS63

2РЦ63-10РЦ6321.6Н18-810.02-0.1132.5-12.50.5518

2RTS65-10RTS65

2РЦ65-10РЦ6521.0Н29-1370.037-0.1832.44-12.2124

2RTS73-10RTS73

2РЦ73-10РЦ7326.1Н20-910.036-0.1762.5-12.5118

2RTS75-10RTS75

2РЦ75-10РЦ7526.1Н30-1420.056-0.282.44-12.21.524

2RTS83-10RTS83

2РЦ83-10РЦ8330.7Н22-1010.057-0.2852.5-12.51.518

2RTS85-10RTS85

2РЦ85-10РЦ8530.7Н31-1470.084-0.422.44-12.22.524

4RTS57

4РЦ5718.9х73.00.08550.5412

5RTS53U

5РЦ53У"Мотив"17.1х41.00.0426.250.0260

7RTS53U

7РЦ53У17.3х53.50.058.750.154

5RTS83H

5РЦ83Х30.7х52.00.1426.251.59

6RTS83H

6РЦ83Х30.7х62.00.1717.51.59

9RTS83H

9РЦ83Х30.7х91.00.25611.251.59

2401

26х6х150.0072.50.130

2402

26х6х250.01252.50.230

2403

26х6х350.01772.50.330

3601

6.2х800.01063.750.130

3602

26х6х350.01773.750.230

BOR

БОР24.5х53.50.0757.50.212

PRIBOY-2S

ПРИБОЙ-2С137.5х80х25.50.059.41.9830

PRIBOY-2K

ПРИБОЙ-3К137.5х80х25.50.059.41.9818

ACTSIYA

АКЦИЯ24.2х60.00.0827.50.215

6RTS63

6РЦ6389.2х24.8х29.60.145719

6RTS53

6РЦ5334х18.4х26.50.0470.199

12RTS63

12РЦ6371х46х1050.9115.51.89

3RTS93

3РЦ9330.5х188.00.553.75720
Первичные 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

30,560,50141,253000 – +5060

PЦ-59

16,650,6031,25600 – +5012

PЦ-963

60х30х631,2520-5 – +4060

PЦ-85

30,1142,601,22500 – +5030

PЦ-83

30,19,401,501,25500 – +5016

РЦ83Х

30,19,41,51,2550-40– +5036

PЦ-75

25,513,501,501,22300 – +5030

PЦ 73

25,58,4011,25300 – +5016

PЦ-65

211311,22200 – +5030

PЦ-63

217,400 551,25200 – +5018

РЦ-71Н

25,22,800,251,255-5 – +409

РЦ57

16,517,80,851,250– +5018

РЦ-55С

16 612,300,51,25100 – +5030

PЦ-53

15,66,300,251,25100 – +5012

РЦ53У

15,86,30,1751,2510-30– +5052

РЦ-33

11,65,400,151,2555 – +5012

РЦ-31Ф

11,63,600,11,255-5 – +409

PЦ-32

10,93,600 051,2520 – +509

РЦ 32Х

11,03,50,051,252-40– +5012

РЦ- 17

5,1240,11,255-5 – +4024

PЦ- 15

6,360 041,250,30 – +506

PЦ- 11

4,750,021,250 150 – +506

ХИТ 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

24

РЦ-17

Æ5,5х24,5

0,0024

1,25

0,100

31

РЦ-32

Æ10,9х3,6

0,0014

1,25

0,100

9

РЦ-53

Æ15,6х6,3

0,0046

1,25

0,300

18

РЦ-53у

Æ15,6х6,3

0,0046

1,25

0,175

60

РЦ-55

Æ15,6х12,5

0,0095

1,22

0,550

36

РЦ-57

Æ16,6х17,8

0,0170

1,25

1,000

18

РЦ-63

Æ21,0х7,4

0,0110

1,25

0,650

24

РЦ-65

Æ21,0х13,0

0,0180

1,22

1,100

36

РЦ-73

Æ25,5х8,4

0,0170

1,25

1,100

24

РЦ-75

Æ25,5х13,5

0,0270

1,22

1,800

36

РЦ-82

Æ30,1х9,4

0,0300

1,25

1,500

24

РЦ-83

Æ30,1х9,4

0,0280

1,25

1,800

24

РЦ-83Х

Æ30,1х9,4

0,0253

1,25

1,500

18

РЦ-85

Æ30,1х14,0

0,0390

1,22

2,800

36

РЦ-93

Æ30,6х60,8

0,1700

1,25

13,600

36

РЦ-93С

Æ30,6х60,8

0,1700

1,25

13,600

63

4РЦ57

Æ18,9х73

0,0850

5,00

0,540

12

5РЦ53У”Мотив”

Æ17,1х41

0,0420

6,25

0,020

60

7РЦ53У

Æ17,3х53,5

0,0500

8,75

0,100

54

5РЦ83Х

Æ30,7х52

0,1420

6,25

1,500

9

6РЦ83Х

Æ30,7х62

0,1710

7,50

1,500

9

9РЦ83Х

Æ30,7х91

0,2560

11,25

1,500

9

БОР

Æ24,5х53,5

0,0750

7,50

0,200

12

ПРИБОЙ-2с

137,5х80х25,5

0,5000

9,40

1,980

30

ПРИБОЙ-2к

137,5х80х25,5

0,5000

9,40

1,980

18

АКЦИЯ

Æ24,2х60

0,0820

7,50

0,200

15

6РЦ63-2(2-01)

89,2х24,8х29,6

0,1450

7,00

1,000

9

6РЦ53(2-03)

34х18,4х26,5

0,0400

7,00

0,190

9

12РЦ63-6(2-02)

71х46х105

0,9100

15,50

1,800

9

3РЦ93

Æ30,5х188

0,5500

3,75

7,000

20
Ртутно-цинковые элементы и батареи. Таблица 5

МЭК

ГОСТ, ТУ

Габариты (D * h), мм

Масса,

г.

Напряжение,

В

Емкость,

мА*ч

Элементы

MR6

10,5 * 44,5251,351700

MR9

РЦ 5316 * 6,24,2...4,61,35250...360

MR19

РЦ 8530,8 * 17431,353000

MR42

РЦ 3111,6 * 3,61.4...1.61,35110

MR52

РЦ 5516,4 * 11,48...91,35450...500
РЦ 6321 * 7,4111,34700
РЦ 6521 * 1318,11,341500
РЦ 7325,5 * 8,417,21,341200
РЦ 7525,5 * 13,527,31,342200
РЦ 8230,1 * 9,4301,342000
РЦ 8330,1 * 9,428,21,342000
РЦ 9331 * 601701,3413000

Батареи

3MR9

3РЦ 5317 * 21,5154,05250...360

4MR9

4РЦ 5317 * 27205,4360

2MR52

2РЦ 55с17 * 23192,7450

3MR52

3РЦ 55с17 * 35284,05450
4РЦ 55с16,2 * 53405,4450
5РЦ 55с16,2 * 66506,7450
6РЦ 6323 * 48727,2600

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».