Расчет положительного электрода аккумулятора НК-50

Расчет положительного электрода аккумулятора НК-50

КУРСОВАЯ РАБОТА

Расчет положительного электрода аккумулятора НК-50

Содержание

Введение

1. Теория щелочных аккумуляторов

.1 Разновидности щелочных аккумуляторов

.2 Токообразующие процессы в щелочных аккумуляторах

.3 Саморазряд

.4 Электролит

2. Изготовление положительных и отрицательных электродов аккумулятора

2.1 Изготовление отрицательных прессованных электродов

2.2 Изготовление положительных металлокерамических электродов

3. Конструктивный расчет

3.1 Расчет положительного электрода

3.2 Расчет числа циклов по заполнению пор металлокерамической основы активным веществом

4. Энергетический расчет

.1 Расчет ЭДС аккумулятора

.2 Расчет Джоулева тепла

Список литературы

Введение

Химические источники электрической энергии (источники постоянного тока) в настоящее время широко применяют в промышленности и в быту. Это вызвано тем,что большее количество современных машин и аппаратов нуж-дается в автономных источниках электрической энергии, не связанных с непод-вижными электрическими станциями. [1]

Для промышленного применения ХИТ должны обладать рядом свойств, редко встречающихся в одной системе.

ХИТ должны отвечать следующим требованиям:

·   иметь возможно большую Э.Д.С.;

·   отдавать большие токи без резкого падения Э.Д.С., т.е. не сильно поляри-зоваться в процессе работы;

·   активные вещества должны иметь возможно малый эквивалентный вес и вы-сокую степень использования;

·   обладать малым саморазрядом, хорошей сохранностью;

·   производство ХИТ должно быть технологичным и доступным по цене.

Аккумуляторы, кроме того, должны иметь высокую отдачу по энергии и большой срок службы. [1]

В настоящее время промышленность выпускает аккумуляторы различных электрохимических систем: свинцовые, никель-кадмиевые, никель-железные, серебряно-цинковые и т.д.

1. Теория щелочных аккумуляторов

.1 Разновидности щелочных аккумуляторов

Кадмиево-никелевые аккумуляторы имеют ряд преимуществ перед свинцово-кислотными аккумуляторами: они прочнее, хорошо сохраняются при перерывах в эксплуатации и обладают более длительным сроком службы.

Щелочной аккумулятор состоит из следующих частей: положительных пластин; отрицательных пластин; электролита - раствора едкого кали или едкого натра в чистом виде; сепараторов - дырчатых пластин из полимерных материалов, устанавливаемых между пластинами разного знака заряда для фиксирования их положения в аккумуляторе; токоведущих частей - борнов, межэлементных соединений других деталей крепления; стального сосуда, покрытого изнутри и снаружи слоем никеля толщиной 10 - 15 мкм.

Щелочные аккумуляторы различаются по составу активной массы отрицательного электрода. Активная масса состоит из смеси кадмия и железа в никель-кадмиевых аккумуляторах и из железа в железоникелевых аккумуляторах.

Кадмиево-никелевые аккумуляторы в зависимости от способа изготовления электродов бывают:

с ламельными электродами, в которых активная масса заключена в металлические коробочки с перфорированными стенками;

с металлокерамическими пластинами, в которых активная масса введена в поры металлокерамической пористой пластины, полученной металлокерамическим путем (спеканием карбонильного никеля);

с фольговыми пластинами, в которых активная масса введена в поры тонкого металлического слоя из спеченного карбонильного никеля, нанесенного на никелевую фольгу;

с прессованными пластинами, в которых активная масса спрессована в тонкий брикет. Для токоподвода внутрь пластины вложена металлическая сетка или рамка;

- с намазными пластинами, в которых активная масса в виде пасты намазывается на сетку, а затем подпрессовывается.

Основная масса никель-кадмиевых аккумуляторов изготовляется с ламельными электродами и в сосудах с вентиляционными пробками. Некоторое количество никель-кадмиевых аккумуляторов с электродами ламельной или безламельной конструкции изготовляют в герметизированном виде.

Никель-кадмиевые аккумуляторы применяют главным образом для питания установок связи и автономного питания приборов и установок, работающих при низких температурах. В негерметизированных никель-кадмиевых аккумуляторах емкость ограничивается отрицательным электродом. В герметизированных аккумуляторах по причинам, связанным с особенностями этих аккумуляторов, берется избыток кадмиевой массы и емкость герметизированных аккумуляторов ограничивается положительным электродом.

.2 Токообразующие процессы в щелочных аккумуляторах

В основе обычных щелочных аккумуляторов лежат следующие электрохимические системы:

(+) NiOOН | КОН | Сd (-)

Активные массы электродных материалов записаны в состоянии заряда.

Токообразующие процессы на окисноникелевом электроде. Окисноникелевый (положительный) электрод обычных щелочных аккумуляторов изготовляют из гидрата закиси никеля Ni(ОН)₂ в смеси с графитом, который является добавкой, улучшающей проводимость электрода.

Процесс заряда окисноникелевого электрода поддерживается ионами ОН^-, которые, отнимая у зерен гидрата закиси никеля протон, переводят его в NiООН

Ni(ОН)₂ + OН^- à NiООН + Н₂O + ē

Это и есть реакция заряда окисноникелевого электрода, которая при разряде данного электрода протекает в обратном направлении.

Окисноникелевый электрод весьма чувствителен к действию примесей. На работу электрода вредное действие оказывают железо, магний и алюминий. Влияние указанных примесей сказывается в заметном снижении емкости электрода. Поэтому содержание этих примесей в активной массе по возможности должно быть уменьшено. Желательно, чтобы для каждого из этих элементов оно не превышало 0,035% (по отношению к никелю).

К числу добавок, улучшающих работу положительного электрода, относятся соли лития, бария, кобальта и марганца. При наличии в аккумуляторе ионов лития последние, адсорбируясь на зернах активной массы, препятствуют их укрупнению и сращиванию, т. е. сохраняют массу в высокодисперсном состоянии, делая ее более работоспособной как при обычных, так и при повышенных температурах. Введение в активную массу солей бария и кобальта повышает коэффициент использования никеля и увеличивает срок службы электрода. Активирующее действие ионов бария на окисноникелевый электрод проявляется в диспергировании активной массы, облегчении процесса накопления активного кислорода при заряде и более полном использовании его при разряде. Оптимальное содержание бария в электроде составляет 2% по отношению к никелю.

Уменьшение емкости окисноникелевого электрода при хранении происходит вследствие постепенной потери кислорода. Особенно интенсивно отдача кислорода идет в течение первых суток по окончании заряда, что связано с разложением высших окислов никеля. В дальнейшем скорость саморазряда окисноникелевого электрода уменьшается.

Токообразующие процессы на кадмиевом электроде.[2] Для процессов заряда (ß) и разряда (à) кадмиевого электрода были предложены уравнения

Cd + 2OH^- ↔ Cd(OH)₂ + 2ē

Как показывает реакция, в заряженном состоянии активная масса состоит из чистого металла, а в разряженном состоянии - из гидроокиси этого металла.

Для кадмиевого электрода наиболее вредными примесями являются соли таллия и кальция. Вредные примеси укрупняют кристаллы активных масс и сокращают истинную поверхность электродов. Следствие этих изменений - заметное уменьшение технологической емкости электродов. Активирующей добавкой для кадмиевого электрода являются окислы никеля. Перечисленные примеси, наоборот, улучшают работу электродов: облегчают зарядный процесс и увеличивают глубину анодного окисления электрода при разряде. Эти изменения приводят к заметному увеличению емкости электродов. Соляровое масло оказывает стабилизирующее действие на кадмиевый электрод. Стабилизация емкости электрода в присутствии солярового масла происходит в результате диспергирования кадмиевой губки. Эффективная концентрация этой добавки равна 8% к массе кадмия.

Таким образом, исходя из описанных выше электродных реакций, можно записать суммарные токообразующие реакции, протекающие в щелочных аккумуляторах: в кадмиево-никелевых аккумуляторах

2NiOOH + Cd + 2H₂O ↔ 2Ni(OH)₂ + Cd(OH)₂

Электродвижущая сила кадмиево-никелевых аккумуляторов равна 1,36 В.

.3 Саморазряд

У никель-кадмиевых аккумуляторов за месяц хранения при комнатной температуре (18÷20 ºС) саморазряд составляет 18÷20% в месяц. При комнатной температуре саморазряд обусловлен в основном потерей емкости окисно-никелевого электрода из-за разложения активного вещества:

2NiO₂ + H₂O à 2NiOOH + ½ O₂

У кадмиевого электрода из-за более положительного потенциала (~ на 20 мВ в используемом электролите), чем потенциал водородного электрода и высокого  процесс коррозии с водородной деполяризацией не идет.

Если была проведена недостаточная отмывка окисно-никелевого электрода от примеси нитратов, то ионы нитрата, раскисляясь у кадмиевого электрода, превращаются в нитриты, которые затем реагируют с окисно-никелевым электродом, снова превращаясь в нитраты:

NO₃^- + H₂O + 2ē ↔ NO₂^- + 2OH^-

При подобном «челночном» механизме саморазряду в равной степени подвергаются оба электрода аккумулятора.

Саморазряд кадмиевого электрода связан с реакцией поглощения кислорода:

½ Cd + ¼ O₂ + ½ H₂O à ½ Cd(OH)₂

В обычных щелочных кадмиево-никелевых аккумуляторах в качестве электролита в зависимости от температурных условий их эксплуатации применяют либо раствор едкого кали, либо растворы едкого натра.

В зависимости от температуры в обычных щелочных аккумуляторах используют следующие элёктролиты плотностью, г/см³:

при - 25 ÷ - 40° С - раствор едкого кали 1,27;

при - 15 ÷ - 25° С - раствор едкого кали 1,25;

при -15 ÷ + 35° С - раствор едкого кали 1,19 - 1,21 с добавкой 5 г/л едкого лития;

при 15 ÷ 35° С - раствор едкого натра 1,18 - 1,20 с добавкой 5 г/л едкого лития;

при 40 ÷ 60° С - раствор едкого натра 1,17 - 1,19 с добавкой 10 - 15 г/л едкого лития.

Как видно из приведенных данных, в аккумуляторах, работающих при низких температурах, применяют растворы едкого кали так как они замерзают при значительно более низких температурах, чем растворы едкого натра.

В области более высоких температур предпочтителен электролит из раствора едкого натра, поскольку применение при этих температурах раствора едкого кали приводит к сокращению срока службы аккумулятора из-за укрупнения структуры активной массы положительного электрода.

Введение гидроокиси лития в электролит щелочного аккумулятора увеличивает емкость и срок службы аккумулятора при обычных температурах и удлиняет рабочий интервал в сторону высоких температур.

Электролиты для щелочных аккумуляторов в процессе работы поглощают углекислый газ из воздуха и переходят в карбонаты. Наличие в электролите карбонатов в больших количествах вызывает возрастание удельного сопротивления электролита и уменьшение емкости аккумулятора. Замечено также, что отрицательные электроды перестают принимать заряд. Максимально допустимое содержание карбонатов - 50 г/л электролита.

2. Изготовление положительных и отрицательных электродов аккумулятора

.1 Изготовление отрицательных прессованных электродов

Активная масса отрицательного электрода кадмиево-никелевого аккумулятора состоит из смеси окиси кадмия с графитом, гидроксидом никеля (II) и 5% ПВС. К указанной смеси добавляют от 2,8 до 4,5% солярового масла для стабилизации емкости электрода аккумулятора.

Рисунок 1 - Схема установки получения окиси кадмия и отрицательной активной массы из нее

Окись кадмия получают возгонкой и окислением (сжиганием) металлического кадмия. Сжигают кадмий в печи при температуре 700 - 800˚С.

Схема установки для получения окиси кадмия для кадмиево-никелевых аккумуляторов приведена на рисуноке 1.

Загрузку кадмия в котел производят равными порциями из расчета 30 кг/ч, если исходный кадмий содержит не более 0,02% таллия (вредной примеси), при этом окисную пленку снимают не реже чем через три часа работы; уровень расплавленного кадмия в котле должен быть не ниже кромки на 1-2 см. Уровень расплава и часовая загрузка кадмия должны проверятся не реже одного раза в смену. Если исходный кадмий содержит от 0,02 до 0,08% таллия, то загрузку кадмия уменьшают до 22 кг/ч и окисную пленку в котелке снимают не реже чем через каждые 0,5 ч.

Температура кипения кадмия 778° С; при этой температуре и доступе воздуха на всей поверхности расплава в котле появляются отдельные язычки пламени - ослепительно белые с голубоватым оттенком у основания и переходящие к вершине пламени последовательно в розовый и темно-красный цвет. У основания пламени температура достигает 1500° С, на вершине ее - около 500° С.

Окись, образованная в основном в окислительной камере за счет сгорания паров металла при окислении поступающим в камеру воздухом, оседает в осадительной камере с водяным охлаждением. Более мелкая фракция окиси кадмия оседает в матерчатых мешках фильтров.

Получающаяся при окислении паров кадмия бурая окись имеет кажущийся удельный объем 0,4 см³/г, содержание кадмия в окиси 87%. Если недостаточна скорость подачи воздуха для окисления паров металла, то получается темная или недоокисленная окись кадмия, которая характеризуется крупными кристаллами и относительно низкой электрохимической активностью. Полученная окись кадмия должна содержать не менее 68% кадмия и не более 0,005% таллия.

Приготовленный CdO смешивают с графитом, гидроксидом никеля (II) и 5% ПВС в количестве на 100 кг CdO: графита - 5 кг, гидроксида никеля (II) - 2 кг, и 5% ПВС - 5 кг. Полученная смесь направляется на вальцевание и далее на прессовку. В качестве токоведущей основы используют металлическую сетку. прессовку производят на гидропрессах давлением 600-800 кгс/см². Далее для придания механической прочности электроды отправляют на сушку, в термошкаф при температуре 130-150 ºС. Сушка производится в течении 90 минут. Далее электроды пропитывают в (NH₄)₂CO₃ и производят повторную сушку. Последней операцией является пропитка в соляровом масле в керосине. Готовые электроды отправляются на стадию сборки аккумулятора.

.2 Изготовление положительных металлокерамических электродов

Металлокерамические положительные электроды НК аккумулятора состоят из спеченной основы, в порах которой путем пропитки раствором соли никеля и обработки в щелочи, осаждаются соединения никеля, которые затем переводят в активное вещество положительного электрода.[3]

Основа электродов должна удовлетворять ряду требований:

быть инертной к активному веществу и электролиту, не оказывая вредного влияния на активную массу при эксплуатации аккумулятора и не разрушаясь под воздействием электролита и активного вещества.

обладать достаточной механической прочностью, высокой пористостью и электропроводностью.

Этим требованиям в наибольшей степени соответствуют основы из карбоксильного никелевого порошка, который представляет собой чистый никелевый порошок, полученный методом термического разложения тетракарбонила никеля - Ni(CO)₄. Для того, чтобы получить высокопористую основу, в качестве порообразователя в смеси с никелевым порошком используют карбамид. Карбамид вводится во избежании излишнего уплотнения при спекании, так как при высокой температуре он улетучивания, образуя большое количество пор.

В силу того, что карбамид является гигроскопичным веществом, то есть способен поглощать влагу из воздуха и слеживаться при хранении, перед операцией - смешением с никелевым порошком подвергается дополнительной обработке, которая состоит в сушке, размельчении и просеве. Сушка карбамида проводится в сушильном шкафу при температуре не выше 100 ºС и длится не менее 45 минут. Операция - измельчение карбамида на микромельнице и его просев, необходимы для получения мелких частиц карбамида, так как при спекании в этом случае образуется большее количество малых пор, а в малых порах лучше задерживается азотнокислый никель Ni(NO₃)₂ при последующей пропитке, что обеспечит требуемый срок службы электрода. Далее следует операция смешения никелевого порошка и карбамида. Масса для изготовления основ электродов готовится путем смешивания 60% (по массе) никеля карбонильного и 40% (по массе) карбамида. Смешение проводится в смесителе до получения однородного состояния в течении 20-30 минут. Полученная масса затем напрессовывается на токоотвод. Прессование производится на гидравлическом прессе, при давлении 800-1000 кгс/см². Малые толщины электродов, высокая пористость основ и, вследствие этого, не вполне достаточная механическая прочность вынуждают изготавливать электроды с каркасом из стальной никелированной решетки (токоотвод), что обеспечивает механическую прочность электродов в процессе эксплуатации. Такая решетка обладает хорошим удержанием активной массы, высокой электропроводностью и достаточной коррозионной стойкостью.

Далее для получения пористой никелевой основы из прессованных пластин необходимо удалить карбамид. Для этого основы подвергаются спеканию в специальных печах в атмосфере водорода, где под действием высокой температуры (750-850 ºС)[4] карбамид разлагается на углекислый газ с аммиаком, который удаляется из печи вместе с водородом. Атмосфера водорода в этом случае предотвращает окисление никеля. Наличие тонких окисных пленок на отдельных никелевых частицах затрудняет спекание их друг с другом. При спекании в восстановительной атмосфере эти окисные пленки удаляются, что позволяет уменьшить механическое выкрашивание отдельных частиц металлического никеля из основы при последующей эксплуатации аккумуляторов. При спекании пластины не сразу вводят в зону высоких температур. Пластины проходят три зоны: зона нагрева, зона спекания и зона охлаждения. Максимальная температура 750-850 ºС поддерживается в зоне спекания. В зоне нагрева температура повышается постепенно с целью предотвращения растрескивания и коробления пластин. В зоне охлаждения температура снижается постепенно с целью предотвращения интенсивного окисления пластин при их выгрузке из печи. Температура в печи по зонам должна быть: I зона - 300-500 ºС, II зона 500-700 ºС, III зона - 600-700 ºС.

Пористые никелевые основы далее поступают на линию пропитки, так как полученные путем спекания пластины являются основой электрода, в поры которого необходимо ввести активное вещество. Активным веществом положительного электрода является гидрат закиси никеля - Ni(OH)₂, который и вводится в поры электрода путем пропитки. Так как гидрат закиси никеля труднорастворим в воде, то непосредственно ввести его в поры невозможно, поэтому сначала основу пропитывают в горячем растворе соли никеля Ni(NO₃)₂ (для лучшей растворимости), затем основу подвергают кристаллизации для того, чтобы уменьшить диффузию соли из пор пластины в раствор едкого калия - КОН, куда потом направляются пластины.

При погружении пластин в раствор КОН в порах основы происходит реакция:Ni(NO₃)₂ + 2KOH ↔Ni(OH)₂ + 2KNO₃

Таким образом Ni(OH)₂ заполняет поры, а KNO₃ переходит в раствор, в результате чего происходит загрязнение щелочи. Поэтому щелочь используется на 3-4 пропитки, а затем сливается в промстоки. При обработке в растворе Ni(NO₃)₂ заполнение пор этой солью происходит еще и за счет подрастворения самой основы азотной кислотой, которая имеется в растворе. После пропитки электроды отмывают от щелочи и ионов NO₃, которые повышают саморазряд аккумулятора. Такая обработка производится 2-3 раза для более полного насыщения пор основы активным веществом. С целью интенсификации процесса пропитки применяются высококонцентрированные растворы соли никеля и высокая температура. Повышение температуры способствует снижению вязкости этих растворов и, следовательно, улучшает проникновение раствора в поры пластин. Оптимальная температура 70-80 ºС. Резкое повышение температуры нежелательно, так как при этом существенно возрастает испарение раствора и его потери, вследствие уноса в вентиляционные системы.

После промывки, следует сушка электродов в сушильной камере при температуре воздуха 80-100 ºС, в течении 2-х часов.

После сушки электроды поступают на операцию зачистки. Зачистка производится на крацевальных станках. Цель этой операции заключается в удалении гидрата закиси никеля - Ni(OH)₂, находящегося на поверхности пластин. Если же гидрат закиси никеля не убрать с поверхности электрода, то он при работе аккумулятора попадет на дно сосуда, так как плохо сцеплен с поверхностью основы и это может привести к короткому замыканию. После зачистки электроды поступают на сборку аккумуляторов. 

щелочной аккумулятор электрод

3. Конструктивный расчет

.1 Расчет положительного электрода

Расчет массы активного вещества положительного электрода

где,Q_н - номинальная емкость аккумулятора, А∙ч;Q_н = 50 А∙ч

q- электрохимический эквивалент Ni(OH)₂, г/А∙ч;

К_исп⁺ - коэффициент использования активного вещества; К_исп⁺ = 1,0

К₁ - коэффициент, учитывающий превышение фактической емкости над номинальной; К₁ = 1,1

n⁺ - число положительных электродов в аккумуляторе;

n⁺ = 14.

где,M_Ni(OH)2 - молекулярная масса Ni(OH)₂;

z - число электронов, участвующих в электрохимическом процессе;  z = 1

F - число Фарадея, А∙ч/г-экв; F = 26,8 А∙ч/г-экв

Расчет массы положительного электрода

Исходя из привеса электродов при операции пропитки, составляющего 45% к весу металлокерамической основы, находим вес положительного электрода (g₁) из соотношения:

g_Ni(OH)2 - 45%

g₁ - 145%

Тогда,

Расчет массы решетки

Вес решетки составляет 17% от веса электрода.

Расчет массы электрода без решетки

Расчет массы никелевого порошка для изготовления металлокерамической основы

Расчет массы для изготовления металлокерамической основы с наполнителем (порообразователем)

При изготовлении электродов металлокерамического типа содержание никелевого порошка, полученного термическим разложением тетракарбонила никеля Ni(CO)₄, принимается равным 60%, остальное наполнитель (карбамид) - 40%.[5] Учитывая это, масса положительного электрода с наполнителем составит:

Расчет массы порообразователя (карбамида)

Расчет габаритов положительного электрода

гдеd_Ni - удельный вес никеля, г/см³;d_Ni = 8,9 г/см³ [6]

(1-Р) - объем занимаемый никелем в металлокерамической основе электрода;

Р - величина пористости непропитанной металлокерамической основы; Р = 0,7 - 0,8 [5]

В расчетах принимаю максимальное значение пористости из конструктивных соображений, но одновременно обеспечивая требуемый срок службы аккумулятора.

d_р - удельный вес решетки, г/см³;d_р = 7,85 г/см³ [6]

При интенсивных режимах разряда толщина электрода берется 0,5-0,6 мм; 0,8-1,2 мм. Такие источники тока допускают кратковременный разряд и при высоких плотностях тока. Примем толщину 0,9 мм. Тогда площадь электрода

где,V - объем электрода, см³;V = 13,7 см³

d - толщина электрода, см;d = 0,09 см

, приняв, что высота пластины , где l - длина пластины, можно записать, что , тогда длина пластины будет равна , а высота .

.2 Расчет числа циклов по заполнению пор металлокерамической основы активным веществом

Расчет числа циклов по введению необходимого количества активного вещества осложняется тем, что процесс простого физического заполнения пор сопровождается параллельными процессами коррозии металлокерамической основы и гидролизом образующихся солей никеля. То есть, активное вещество поступает по двум путям: из раствора и за счет коррозии никелевой основы. По мере заполнения порового пространства снижается и физическое заполнение, так как уменьшается пористость и коррозионная составляющая, так как поверхность никеля экранируется слоем образующегося гидрата закиси никеля. С учетом выше изложенного расчет ведется следующим образом.

Первый цикл пропитки

Начальный объем порового пространства.

где, Р_н - начальная пористость металлокерамической основы. Пористость положительного электрода 70-85%. Расчет веду по пористости; Р_н = 0,7

V_осн - объем основы. Принимаю равным объему электрода; V_осн = 13,7 см³.

Масса соли никеля Ni(NO₃)₂, заполняющей поры электрода

где, С_Ni(NO3)2 - концентрация азотнокислого никеля в пропиточном растворе, г/см³;

С_Ni(NO3)2 = 934÷1058 г/дм³. Расчет веду по средней концентрации азотнокислого никеля; С_Ni(NO3)2 = 0,966 г/см³.

Масса гидрата закиси никеля, образующегося в результате обработки в растворе КОН по реакции:

Ni(NO₃)₂ + 2KOH à Ni(OH)₂ + 2KNO₃

где,М_i - молекулярные массы соответствующих веществ;

Количество гидрата закиси никеля за счет коррозии никелевой основы.

где,К_к - коэффициент, учитывающий долю Ni(OH)₂, полученного в результате коррозии никелевой основы; К_к = 0,4

Объем, занимаемый Ni(OH)₂

где,d_Ni(OH)2 - плотность Ni(OH)₂ в порах металлокерамической основы, г/см³;d_Ni(OH)2 = 4,1 г/см³ [7]

Прирост объема порового пространства за счет растворения никелевой основы при коррозии

где,А_Ni - атомный вес никеля, г; А_Ni = 58,7г

d_Ni - удельный вес никеля, г/см³;d_Ni = 8,9 г/см³ [6]

Объем порового пространства после первого цикла пропитки

Остаточная пористость основы после первого цикла пропитки

По такой же схеме веду расчет для следующих циклов пропитки, только начальная пористость основы для следующего цикла будет равна остаточной пористости на предыдущем цикле. Таким образом Р_н^II=P_ост^I=0,60.

Второй цикл пропитки

Начальный объем порового пространства

Масса соли никеля Ni(NO₃)₂, заполняющей поры электрода

Масса гидрата закиси никеля, образующегося в результате обработки в растворе КОН.

Количество гидрата закиси никеля за счет коррозии никелевой основы.

На втором и третьем циклах пропитки коррозия металлокерамической основы затухает. Доля активного вещества, образующегося за счет подрастворения основы электрода составляет до 20% от массы гидрата закиси никеля, образующегося в результате взаимодействия Ni(NO₃)₂ с KOH. К_к = 0,2

Объем, занимаемый Ni(OH)_2.

Прирост объема порового пространства за счет растворения никелевой основы при коррозии.

Объем порового пространства после второго цикла пропитки.

Остаточная пористость основы после второго цикла пропитки

13,6г - масса активного вещества необходимого для обеспечения номинальной емкости аккумулятора.

Третий цикл пропитки

Начальный объем порового пространства

Масса соли никеля Ni(NO₃)₂, заполняющей поры электрода

Масса гидрата закиси никеля, образующегося в результате обработки в растворе КОН.

Количество гидрата закиси никеля за счет коррозии никелевой основы.

Объем, занимаемый Ni(OH)_2.

Прирост объема порового пространства за счет растворения никелевой основы при коррозии.

Объем порового пространства после третьего цикла пропитки.

Остаточная пористость основы после третьего цикла пропитки

Масса активного вещества за три цикла пропитки

Четвертый цикл пропитки

Начальный объем порового пространства

Масса соли никеля Ni(NO₃)₂, заполняющей поры электрода

Масса гидрата закиси никеля, образующегося в результате обработки в растворе КОН.

Количество гидрата закиси никеля за счет коррозии никелевой основы.

Объем, занимаемый Ni(OH)_2.

Прирост объема порового пространства за счет растворения никелевой основы при коррозии.

Объем порового пространства после четвертого цикла пропитки.

Остаточная пористость основы после четвертого цикла пропитки

Масса активного вещества за четыре цикла пропитки

Такое количество гидрата закиси никеля, образовавшегося в порах металлокерамической основы за четыре цикла пропитки гарантирует необходимую емкость аккумулятора, поэтому я применяю четыре цикла пропитки.

4. Энергетические расчеты

.1 Расчет ЭДС аккумулятора

Реакция на отрицательном электроде

Cd + 2OH^- - 2ē à Cd(OH)₂

Реакция на положительном электроде

NiOOH + H₂O + ē à Ni(OH)₂ + OH^-

где,a_OH- - активность ОН^- ионов в растворе КОН с концентрацией 7,22 моль/л;a_OH- = С_OH- ∙ f_OH- = 26,353

f_OH- - коэффициент активности ОН^- ионов в растворе КОН с концентрацией 7,22 моль/л;f_OH- = 3,65 [7]

a_H2О - активность воды в растворе КОН с концентрацией 7,22 моль/л;a_H2О = 0,625[7]

.2 Расчет Джоулева тепла

где,I_з - сила тока при заряде, А;

t_з^’ - время протекания греющего процесса, ч;t_з^’ = 1ч.

_з^кон - напряжение на аккумуляторе в конце заряда, В;

E^’_т - тепловое напряжение разложения для электрохимических превращений на электродах;

Cd + ½ O₂ + H₂O à Cd(OH)₂

NiOOH + ½ H₂ = Ni(OH)₂

Список литературы

1. Федотьев Н.П., Алабышев А.Ф. Прикладная электрохимия. Л.: Химия, 1967.

. Дасоян М.А. и др. Производство электрических аккумуляторов. М.: Высшая школа, 1977.

3. Прикладная электрохимия/ под ред. Н.Т. Кудрявцева. М.: Химия, 1975.

. Прикладная электрохимия/ под ред. А.П. Томилова. М.: Химия, 1984.

5. Методические указания к курсовому и дипломному проекту по разделу “Химические источники тока”. Н.Новгород: изд. НГТУ, 1995.

6. Флеров В.Н. Сборник задач по прикладной электрохимии. М.: Высшая школа, 1976.

7. Справочник химика II том.

8. Антропов Л.И. Теоретическая электрохимия. М.: Высшая школа, 1975.