«Современные химические источники тока»
Система Zn ½ KOH ½ AgO (Ag2O)
Серебряно-цинковые (СЦ) источники тока являются аккумуляторами, т. е. перезаряжаемыми. Начали выпускаться в 1940-х годах и получили распространение в основном в специальных областях: в авиации, ракетной и космической технике и др. Причина – высокая стоимость. Серебряно-цинковые аккумуляторы (СЦА) содержат примерно 4 – 5 г Ag на 1 А·ч, поэтому используются только в случаях, когда другие варианты ХИТ непригодны, и важность поставленной цели оправдывает большие затраты. Электролит – 40% KOH, насыщенный K2ZnO2.
Элементы выпускаются в разряженном виде, так что сначала делается первичный заряд. На положительном электроде при заряде протекает следующий процесс:
I ступень 2Ag + 2OH - = Ag2O + H2O + 2e
После окисления примерно трети или половины всего серебра процесс по I ступени внезапно прекращается и начинает идти реакция по II ступени при другом напряжении (большем на 0.3 Вольт):
II ступень 2Ag + 2OH- = AgO + H2O + 2e
После расхода почти всего серебра происходит новый резкий рост напряжения, и начинается электролиз воды с выделением кислорода. Эти процессы четко разделены на разрядной кривой.
На отрицательном Zn электроде протекают те же реакции, что и в других щелочных системах, так что суммарные токобразующие реакции при заряде и разряде следующие:
I ступень (I) Zn + Ag2O « ZnO + 2Ag E = 1.599 В (ЭДС= НРЦ)
II ступень (II) Zn + AgO « ZnO + Ag E = 1.859 В (ЭДС= НРЦ)
НРЦ полностью заряженного СЦА определяется реакцией (II) и равно 1.86 В. НРЦ частично разряженного СЦА определяется реакцией (I) и равно 1.6 В.
Разряд положительного электрода также протекает ступенчато, что отражается на разрядной кривой ступенькой:
I ступень 2AgO + H2O + 2e = Ag2O + 2OH -
II ступень Ag2O + H2O + 2e = 2Ag + 2OH -
Зарядные и разрядные характеристики СЦА при различных токовых нагрузках и температурах (схематично).
При увеличении тока разряда до 2С (это очень большая токовая нагрузка, соответствующая полному разряду за ½ часа) емкость аккумуляторов меняется очень мало, что является большим достоинством данного типа ХИТ. СЦА допускают разряд как малыми, так и очень большими токами (в последнем случае длительность разряда ограничивается в основном перегревом аккумулятора).
Удельные параметры СЦА составляют 90 – 130 Вт×ч/кг и 180 – 200 Вт×ч/л – это очень высокие цифры для вторичных систем (например, у свинцовых аккумуляторов в 5 – 10 раз меньше). Сейчас этот уровень превышен лишь для металл-гидридных и литий-ионных аккумуляторов, о которых речь пойдет ниже. Ресурс СЦА составляет от 30 до 200 зарядно-разрядных циклов (в зависимости от конструктивного варианта и условий эксплуатации), срок службы до 2 лет. Работоспособны до –400С, заметное снижение емкости начинается с –200С.
Конструкция – дисковое или призматическое баночное исполнение. Очень плотно собранный электродный блок находится в пластиковом корпусе (банке). Чередующиеся положительные и отрицательные пластины разделены сепараторами и электрически скоммутированы друг с другом.
Положительный электрод изготавливают прессованием серебряного порошка, отрицательный – прессованием смеси Zn + ZnO + связующее. Особенность эксплуатации СЦА – он должен храниться в разряженном состоянии. Опасен перезаряд.
Вариант СЦА – замена цинкового отрицательного электрода на кадмиевый. Токообразующая реакция в этом случае практически та же самая (с заменой Zn на Cd). Цена такого аккумулятора еще выше, а удельная энергия вдвое ниже (70 Вт×ч/кг и 130 Вт×ч/л). Достоинством является высокий ресурс – более 300 циклов.
