З лужних акумуляторів найбільш поширеним є залізо-нікелевий. Роль анода у ньому виконує гідроксид нікелю (ІІІ), для підвищення електропровідності якого додають графіт; катод – спресований порошок заліза із спеціальними домішками; електроліт – 23% розчин КОН, до якого додають LiOH, щоб акумулятор краще робив.
Процес розрядження. На електродах даного акумулятору мають місце такі окисно-відновні процеси:
(-) катод: Fe0 + 2OH- -2ē → Fe(OH)2 окислення
(+) анод: 2Ni(OH)3 + 2ē → 2Ni(OH)2 + 2OH- відновлення
Сумарна реакція розрядження:
Fe0 + 2Ni(OH)3 → Fe(OH)2 + 2Ni(OH)2
Процес зарядження. На електродах, які підключені до зовнішнього джерела електричного струму, мають місце такі окисно-відновні процеси:
(-) катод: Fe+2(OH)2 +2ē → Fe0 + 2OH- відновлення
(+) анод: 2Ni+2(OH)2 + 2OH- -2ē →2Ni(OH)3 окислення
Сумарна реакція зарядження:
Fe(OH)2 + 2Ni(OH)2 → Fe0 + 2Ni(OH)3
Процеси розрядження і зарядження лужного акумулятора записуються як зворотна реакція:
Fe + 2Ni(OH)3 розрядження Fe(OH)2 + 2Ni(OH)2
зарядження
Схема акумулятора.
(-) Fe / КОН // КОН / Ni(OH)3
Вимоги до електроліту.
Акумуляторна сірчана кислота у відповідності із стандартом є особливим сортом контактної сірчаної кислоти, що містить 92-94 % моногідрату (тобто безводної сірчаної кислоти SO3 ∙ H2O). Технічні умови за стандартом допускають незначні (у частках проценту) домішки заліза, миш’яку, марганцю, соляної кислоти, оксидів азоту. Наявність домішок навіть у незначній кількості веде до саморозрядження акумулятора, зниженню його ємності, а інколи, до руйнування решіток і активної маси.
До особливо шкідливих домішок, що негативно впливають на пластини свинцевого (кислотного) акумулятора, відносять залізо і марганець. Означені метали можуть мати різні ступіні окислення, тому, відповідно до умов, можуть окислюватися або відновлюватися, що обумовлює появу локальних додаткових електричних струмів на пластинах.
Якщо у розчині сірчаної кислоти присутні домішки Fe3+ і Fe2+, то процес їх взаємного перетворення визначається стандартним електродним потенціалом Fe3+/Fe2+ = 0,771 B. Це означає, що іони Fe3+ будуть окислювати Pb0 до Pb2+ (PbO2/ Pb2+ = -0,126 В), зменшуючи активну масу аноду гальванічного елементу.
Процес, що відбувається на аноді у присутності Fe3+, записується рівнянням:
Pb0 + Fe3+ + SO42- → PbSO4↓ + Fe2+
Присутні у сірчаній кислоті катіони Fe2+ окислюються диоксидом свинцю PbO2 PbO2/ Pb2+ = 1,449 В, зменшуючи активну масу катоду гальванічного елементу.
Процес, що відбувається на катоді у присутності Fe2+, записується рівнянням:
PbO2 + Fe2+ + 4Н+ + SO42- → PbSO4↓ + 2Н2О + Fe3+
Утворені іони Fe3+ знову можуть окислювати свинець аноду, знижуючи
кількість його активної маси. У даному процесі має місце поступова реакція саморозрядки акумулятора, яка каталізується іонами Fe2+ і Fe3+.
Сумарний процес каталітичного саморозрядження акумулятора записується рівнянням тотожним рівнянню розрядження кислотного акумулятора:
Pb0 + PbO2 + 4Н+ + 2SO42- → 2PbSO4↓ + 2Н2О
Процес саморозрядження відбувається у акумуляторі і під час його роботи і у вимкнутому стані, прискорюючи його перехід до непрацюючого стану. Наприклад, присутність заліза у кислоті у кількості 0,5 % повністю розряджає акумуляторну батарею за 8-10 діб.
Дуже шкідливими домішками є кислоти – азотна, хлористоводнева, деякі органічні. Азотна кислота, як сильний окислювач, знижує електрохімічну активність негативних пластин, зменшуючи ємність акумулятора. Хлористоводнева і органічні кислоти викликають корозію пластин і передчасне їх руйнування. Домішки миш’яку та сурми сприяють розрядженню негативних пластин, що веде до зменшення ємності акумулятора.
Саморозрядження акумулятора інтенсивно збільшується при збільшенні температури. Домішки металів міді, ртуті, нікелю, олова та інших впливають на режим роботи акумулятора у меншій ступені. Присутність значних кількостей шкідливих домішок у акумуляторній кислоті може сприяти падінню ємності акумулятора до 50 % на добу. Більшість домішок попадає у кислоту під час її промислового добування, розливанні, пакуванні, експлуатації акумулятора, а також з води під час розведення кислоти. Для приготування електроліту необхідно використовувати тільки дистильовану воду. Густина електроліту зарядженого акумулятора у нашій зоні повинна бути 1,27 г/см3.
ПАСПОРТ РОБОТИ
