«Современные химические источники тока»

«ОПРЕДЕЛЕНИЕ электрохимическИХ ХАРАКТЕРИСТИК КОММЕРЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ ТОКА ЦИНК – ДИОКСИДМАРГАНЦЕВОЙ СИСТЕМЫ»

(специализация – электрохимия)

Цель работы

На основании вольтамперометрических и гальваностатических измерений определить следующие характеристики коммерческих источников тока типоразмера AAA цинк – диоксидмарганцевой электрохимической системы:

Ø напряжение разомкнутой цепи (НРЦ);

Ø удельную емкость

Ø удельную энергию;

Ø внутреннее сопротивление;

Ø цену 1 кВт·ч энергии.

Описание работы

1. Купить цилиндрический источник тока типоразмера AAA (в других обозначениях R03, «мизинчиковая батарейка», диаметр 10,5 мм, длина 44,5 мм, объем 3,85 мл). Записать цену.

2. Взвесить батарейку, записать её массу.

3. По информации на корпусе определить производителя и тип электрохимической системы (щелочная или солевая (хлоридная)); записать эти данные.

4. Осторожно припаять паяльником тонкие проводки к токовыводам: один проводок к «плюсу» и один проводок к «минусу». Старайтесь не перегреть паяльником корпус источника тока, это может отрицательно повлиять на его характеристики. Эти проводки будут служить для подключения к измерительному прибору.

5. Ознакомиться с руководством по эксплуатации программно-аппаратного комплекса «Потенциостат / Гальваностат IPC-Micro».

Рис. 1 Внешний вид потенциостата - гальваностата IPC-Compact.

На рис. 1 представлен внешний вид P/G IPC-Compact. На лицевой панели прибора расположены разъемы для рабочего и вспомогательного электродов (обозначение Work И Counter, Соответственно) и электрода сравнения (обозначение Reference). Гнезда для электродов, расположенные слева на лицевой панели, предназначены для проведения поверки прибора (обозначение C+R и W, рис.2), для электрохимических измерений не используются. На задней панели прибора расположены гнездо подключения сетевого адаптера и разъем для нуль-модемного кабеля, соединяющего потенциостат с компьютером. Управление прибором полностью осуществляется программой, установленной на ПК – IPC2000.

Рис. 2 Подключение кабелей для Режима «встроенного эквивалента».

Для запуска программы необходимо выбрать и запустить файл IPC2000.Exe В той папке, где установлена программа, либо запустить ее из меню Пуск.

Программа IPC2000 предназначена для обслуживания программно-аппаратного комплекса Потенциостат IPC-Compact + ПК IBM PC. Программа обеспечивает пользователю следующие возможности:

• управление процессом измерений на потенциостате - гальваностате;

• прием данных от потенциостата (по последовательному каналу);

• сохранение данных на диске ПК для последующей обработки;

• одновременное отображение и математическую обработку полученных данных, а также распечатку исходной графической информации на принтере;

• возможность импорта исходных данных в другие стандартные программные пакеты, например Microsoft Excel.

После запуска программы на экране появляется главное окно (рис.3), включающее в себя следующие элементы (строки, поля)

• основное меню;

• кнопочное меню;

• панель измерения;

• поле вывода графиков регистрируемых данных;

• строка состояния прибора.

Рис. 3 Главное окно программы.

Все функции управления прибором и обработки результатов измерений выбираются в основном меню программы. Элементы кнопочного меню частично дублируют пункты основного меню. В центре главного окна программы находится поле вывода графиков регистрируемых кривых. Выше поля вывода графиков отображается панель измерения с информацией о значениях потенциала (мВ) и тока (мА) на текущий момент измерений. Строка состояния, находящаяся в нижней части основного окна, позволяет контролировать состояние связи прибора с компьютером и электрохимической ячейкой.

6. Измерения на коммерческих химических источниках тока проводятся по двухэлектродной схеме, без электрода сравнения, что осуществляется соединением вместе вспомогательного электрода Counter и электрода сравнения Reference.

7. Подключить прибор к измеряемому источнику тока: «плюс» – рабочий электрод, «минус» – вспомогательный электрод. Измерить и записать величину НРЦ.

8. Измерить вольтамперную характеристику (ВАХ), задав линейную развертку потенциала со скоростью 20 мВ/с. Начальный потенциал = НРЦ, конечный потенциал = 0,5 Вольт. В процессе измерений ток не должен превышать 600 мА. Сохранить ВАХ, построить графики в координатах «напряжение» - «ток» и «мощность» - «ток».

9. Определить внутреннее сопротивление источника тока по наклону ВАХ.

10. Измерить разрядную характеристику источника тока в гальваностатическом режиме, задав ток -200 мА (Проверить!: полярность тока должна соответствовать разряду источника тока, т. е. уменьшению его напряжения). Начальный потенциал = НРЦ, конечный потенциал = 0 Вольт. Предполагаемая длительность полного разряда: 2 – 4 часа. Сохранить разрядную кривую, построить графики в координатах «напряжение» - «время» и «мощность» - «время».

11. Определить емкость источника Q умножением величины тока на время полного разряда.

12. Определить энергию источника тока W интегрированием графиков «напряжение» - «время» или «мощность» - «время». Поскольку при компьютерной регистрации кривая обычно представляется таблицей из большого числа точек, измеренных через равные интервалы времени, интегрирование фактически заменяется суммированием. Проще всего это сделать при разряде постоянным токам J. Как известно

Поэтому достаточно вычислить среднее напряжение UCp по всему набору точек разрядной кривой и умножить его на найденное значение Q. Результат будет в [Дж] или [Вт·ч].

13. Используя полученные данные, рассчитать удельные характеристики источника тока: удельную емкость (А·ч/кг и А·ч/л), удельную энергию (Вт·ч/кг и Вт·ч/л), цену аккумулированной энергии (руб/кВт·ч). Сделать вывод, соответствуют ли эти результаты типичным характеристикам цинк – диоксидмарганцевой электрохимической системы.