Дипломная работа на тему: Конструктивное исполнение электродов в первичных химических источниках тока

Введение

На рынке представлены три варианта конструкции бумажных стаканчиков: цилиндрические, призматические и галетные. Самыми востребованными считаются цилиндрические стаканчики. Другие варианты, такие как плоские тонкие стаканчики, встречаются реже. Отрицательный электрод корпуса 1 цилиндрического элемента, выполненного из цинка (см. рис. 2.2.1), изготавливается по заданию. В сердце данного компонента располагается электрод с положительным зарядом. Он представляет собой спрессованный брикет из активной массы 2 и угольного стержня, который служит для отвода тока. Для создания изоляции, агломерат отделен от дна стакана с помощью специальной изолирующей прокладки 6 или картонной шайбы 5. Между агломератом и внешним корпусом находится электролит 4, который имеет толщину от 0,15 до 1 мм. Новые разработки, известные как "Марс", представляют собой следующее поколение элементов с электролитом на основе раствора хлорида аммония. Они имеют отличительную особенность - мокрый сепаратор, который выступает в роли пористого картона. Этот картон изначально пропитан раствором электролита, а со стороны цинка нанесен слой пасты.

В прошлом, элементы с электролитом на основе раствора хлорида аммония использовались в старых конструкциях. Чтобы защитить эти элементы, их агломераты (в форме сухих брикетов) оборачивались тканью или бумагой. Затем агломераты вставлялись в стакан и заливались раствором электролита с загустителем.

Таким образом, новые элементы "Марс" представляют собой более совершенные и эффективные варианты конструкций с электролитом на основе раствора хлорида аммония. Они имеют мокрый сепаратор из пористого картона, пропитанного раствором электролита и покрытого пастой на стороне цинка. В отличие от старых конструкций, у них отсутствует необходимость в использовании ткани или бумаги для обертывания агломератов. В электролитных элементах, таких как "Орион", "Юпитер" и "Уран", сепараторы изготавливаются из бумаги с нанесенным слоем загустителя, содержащего крахмал или поливиниловый спирт вместе с ингибитором коррозии. Эти сепараторы помещаются на сторону, обращенную к цинку, и служат для разделения цинка от электролита. Заранее приготовленный электролит находится в состоянии агломерата и после сборки переходит в сепаратор. Таким образом, сепараторы элементов "Орион", "Юпитер" и "Уран" имеют сухую исходную структуру, но все необходимые компоненты уже присутствуют внутри сепаратора при его изготовлении. Разделительная прокладка и газовая камера 7 находятся на агломерате. В газовую камеру поступают газы, которые выделяются при разряде и саморазряде ХИТ.

В прошлых моделях газовая камера закрывалась картонной крышкой и затем заполнялась герметизирующей композицией на основе битума. В новых моделях элемент закрывается пластмассовой крышкой. Для снижения потери воды из электролита, угольный токоотвод подвергается обработке гидрофобизирующими составами, которые обычно основаны на парафине. Такая обработка позволяет сохранять пористость токоотвода и способность сбрасывать давление из газовой камеры. Кроме того, сверху угольного стержня установлен металлический колпачок, плотно обжимающий его. Этот колпачок не только обеспечивает хороший электрический контакт с токосъемными зажимами оборудования, но и предотвращает попадание электролита на них и, следовательно, коррозию. В аккумуляторах и батареях с большой емкостью, где необходимо выводить ток не напрямую через угольный стержень, а через провода, имеются специальные устройства для сброса давления в случае аварии. Например, для этого используются стеклянные трубки, которые соединены с наружным слоем герметической заливки. Для дополнительной защиты элемент оборачивался бумагой или помещался в картонный футляр. Коммуникация негативных выводов осуществлялась напрямую через основание, выполненное из цинка, которое при этом было обработано абразивом. В случае более дорогостоящих элементов, положительные и отрицательные выводы (верхняя часть угольного стержня и нижняя часть цинкового стаканчика) были плотно закрыты соответствующими крышками. Корпус помещался в футляр из картона или полимерного материала, чтобы предотвратить проникновение электролита в устройство при проколовшей цинковой стенке. Поверхность сверху закрывалась металлической оболочкой. При сборке батарей, которые базируются на аккумуляторных элементах типа стаканчиков, эти самые элементы выкладываются с некоторым пространством между ними, используя прокладки из материала, такого как картона или полимера. Из сборки батарей происходит коммутация посредством пайки. Как правило, элементы соединяются последовательно, но есть случаи, когда используется параллельное соединение, а также даже комбинация параллельного и последовательного соединения. На рисунке 2.2.2 представлена схема галетного МЦ-элемента, который имеет сложную структуру. Он содержит отрицательный электрод, выполненный в виде цинковой пластинки 1, а также положительный электрод - агломерат 2, пропитанный электролитом и обернутый тонкой бумагой 4, чтобы обеспечить надежную изоляцию. Между электродами находится сепаратор 3, также пропитанный электролитом.

Особенностью данного МЦ-элемента является наличие непроницаемого для электролита токопроводящего слоя 5 на внешней стороне цинковой пластинки. Этот слой состоит из полимерного связующего, в котором добавлен графит для повышения электропроводности. Такая конструкция обеспечивает надежность работы элемента и предотвращает проникновение электролита во внешнюю среду.

Галетный МЦ-элемент является эффективным и надежным источником энергии, который широко применяется в различных устройствах. Его простая схема и оптимальная конструкция позволяют достичь высокой производительности и длительного срока службы. Токопроводящий слой каждого элемента батареи плотно прилегает к положительному электроду соседнего элемента за счет использования термоусаживаемого полимерного кольца 6. Такая конструкция обеспечивает надежную герметизацию всех слоев. При сборке батареи, элементы укладываются по принципу столбика, с положительным электродом одного элемента прижатым к токопроводящему слою соседнего элемента. Тонкие плоские элементы, называемые галетными батареями, отличаются высокой удельной емкостью и энергией, что делает их более эффективными по сравнению с батареями, состоящими из цилиндрических элементов. Кроме того, галетные батареи требуют меньше цинка, чем стаканчиковые элементы в общем случае, поскольку цинк используется в последнем случае не только в качестве активного материала, но и в качестве строительного материала. В США и Японии в начале 1970-х годов появились новые разработки в области технологии - ультратонкие гибкие плоские детали, которые способны изгибаться. Чтобы создать такие детали, была использована тонкая пластичная материя, толщиной не превышающей 1,5 мм. Эти детали представляют собой элементы, которые можно гнуть и формировать в различные нужные формы и объемы. Это открытие имело большое значение для индустрии, так как позволило создавать новые виды изделий и улучшать их функциональность и эстетический вид. Ультратонкие плоские элементы получили широкое применение в различных отраслях, включая электронику, медицину, строительство и промышленность. Сегодня они по-прежнему активно используются для производства новаторских продуктов и технологий. Получившиеся изделия гораздо легче и гибче, что значительно упрощает и усовершенствует процесс их производства. Таким образом, данное открытие стало точкой отсчета для новых достижений в области материаловедения и технологий. Для создания батареи необходимо использовать различные компоненты. Так, элемент, из которого состоит батарея, включает в себя анод из фольги, сепаратор из целлофана, пропитанный электролитом, который содержит аммоний и цинк хлориды, а также полиакриламид. Кроме этого, в состав элемента входят обычные катод и токовый коллектор. Они собираются вместе, образуя батарею. В аппарате "Поляроид" установлена батарея, которая состоит из четырех элементов. Ее номинальное напряжение равно 6 В, а емкость - 250 мА ч при токе 10 мА.

Оглавление

- Конструктивное исполнение электродов в первичных химических источниках тока

- Марганцево-цинковые элементы с солевым электролитом

- Марганцево-цинковой системы со щелочным электролитом

- Ртутно-цинковые элементы и батареи

- Серебряно-цинковые первичные источники тока

- Литиевые источники тока

- Воздушно-цинковые первичные источники тока

- Химические источники тока с алюминиевыми и магниевыми анодами

- Конструктивное исполнение электродов в резервных химических источниках тока

- Водоактивируемые источники тока

- Ампульные источники тока

- Тепловые источники тока

- Конструктивное исполнение электродов во вторичных химических источниках тока

- Свинцовые аккумуляторы и батареи

- Никель-кадмиевые аккумуляторы и батареи

- Никель-металлогидридные аккумуляторы и батареи

- Серебряно-цинковые аккумуляторы

- Никель-цинковые аккумуляторы

- Воздушно-цинковые перезаряжаемые xимические источники тока

- Бромно-цинковые аккумуляторные установки

- Высокотемпературные аккумуляторы и батареи

- Марганцево-цинковые перезаряжаемые источники тока

- Литература 59

Список литературы

1. Коровин Н.В., Клейменов Б.В. Комбинированные источники тока на основе воздушно-металлических элементов // Иваново: Изд. Ивановского государственного химико-технологического университета, 2001.

2. Русин А.И. Основы производства свинцовых аккумуляторов. Л.: Энергоатомиздат, 1987.

3. Варламов Р.Г. Современные источники питания. М.: ДМК, 1988.

4. Коровин.Н.Г., Скундин А.М. Химические источники тока (справочник). М.: МЭИ, 2003.

5. Химические источники тока. Номенклатурный каталог. СПб.: НПО "Источник" НИАИ, 1992.

6. Романов В.В., Хашев Ю.М. Химические источники тока. М.: Советское радио, 1968.

7. Эксплуатация химических источников тока / Р.Р. Вершинин, В.А. Тихомиров А.Ю. Малыгин и др. Пенза: ПГУ, 1999.