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+-?   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        |Размеры, мм        |Масса, г |Номинальная   емкость,|
|элемента           |                   |         |А.ч                   |
|                   |диаметр  |высота  |         |                      |
|РЦ53               |15,6     |6,3     |4,6      |0,3                   |
|РЦ55               |15,6     |12,5    |9,5      |0,55                  |
|РЦ63               |21,0     |7,4     |11,0     |0,65                  |
|РЦ65               |21,0     |13,0    |18,1     |1,1                   |
|РЦ73               |25,0     |8,4     |17,2     |1,1                   |
|РЦ75               |25,5     |13,5    |27,3     |1,8                   |
|РЦ83               |30,1     |9,4     |28,2     |1,8                   |
|РЦ85               |30,1     |14,0    |39,5     |2,8                   |

    Номинальная емкость РЦ элементов равна емкости при I100 мА и  20єС  или
(разрядное напряжения в 1,0  В).  При  50єС  емкость  близка  к  максимально
допустимой и коэффициент использования цинка достигает 100%, при  20єС  –  к
90% и при 0єС – 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=