курсовая процессы и аппараты. 1 Введение. С развитием электрохимии и после создания первых промышленных первичных элементов было замечено, что скорость многих электрохимических процессов невелика
 Скачать 18.04 Kb.
|
|
1 Введение. Ещё в 1752 г. М.В.Ломоносов предполагал существование связи между электрическими и химическими явлениями и отмечал, что без химии нельзя понять причины возникновения электрического тока. Однако, изучение этой связи стало возможным лишь после создания в начале XIX в. Первого химического источника тока – первого элемента А.Вольта. Это открытие послужило основой для возникновения и последующего развития новой науки – электрохимии. Электрохимия объясняет природу разности потенциалов электродов первичных элементов, связь химических и электрических процессов при работе элемента, изучает скорости процессов, протекающих на электродах химических источников тока. С развитием электрохимии и после создания первых промышленных первичных элементов было замечено, что скорость многих электрохимических процессов невелика. Изучением причин, определяющих скорость этих процессов, стала заниматься кинетика электродных процессов, которая является одним из разделов современной электрохимии. В последующем были проведены исследования электрохимических систем с неводными электролитами и созданы на их основе первые элементы с высокими электрическими характеристиками. Современные первичные элементы и батареи изготовляют на высокопроизводительном оборудовании. С каждым годом создаются новые поточные линии, снижается доля ручного труда, применяются автоматы, устанавливаются роторные линии. Возросшие потребности народного хозяйства привели к расширению ассортимента первичных элементов и батарей, а комплексная автоматизация и механизация технологических операций – к снижению себестоимости источников тока и повышению их качества. Изготовление высококачественных первичных элементов и батарей невозможно без знания основных принципов их работы, конструкции, без знания оборудования, а также свойств, применяемых материалов. Электрическая энергия нашла широкое применение во всех отраслях промышленности, народном хозяйстве и в быту. Она используется для приведение в действие механизмов. Средства связи – радио, телефон и телеграф, транспортные средства – автомобили, самолёты и трамваи – все в той или иной мере используют электрическую энергию. Существует аппаратура, которая по условиям эксплуатации не может получать электрический ток от электростанций. Для питания такой аппаратуры разработаны особые источники тока, способные превращать разные виды энергии в электрическую энергию и имеющие небольшие габариты. Источники тока для питания аппаратуры, не получающей электрический ток от стационарных электростанций, называются автономными. Автономные источники тока устанавливаются на автомашинах и самолётах для запуска их двигателей и питания электроосветительных цепей, на радиостанциях, которыми пользуются геологоразведочные партии и воинские подразделения. Искусственные спутники Земли также снабжаются автономными источниками тока. К автономным источникам тока потребители предъявляют ряд специфических требований, связанных с длительностью эксплуатации, объёмно-массовыми характеристиками, возможностью работы при больших давлениях или вакууме, в широком интервале температур, при различных сопротивлениях нагрузки, в условиях вибрации и т.д. Ввиду того, что существующие источники тока автономного типа обеспечивают лишь отдельные из указанных требований, разработаны и выпускаются различные по устройству и назначению источники тока. Автономные источники электрической энергии в основном базируются на принципе превращения химической энергии в электрическую .Получение электрической энергии от химического источника тока вoзможна лишь при протекании в нём химической реакции. ОАО «Энергия» (элементный завод) – крупнейшее в России и уникальное по разнообразию выпускаемых изделий предприятие. Продукция, выпускаемая нашим заводом – химические источники тока – батареи и элементы 17 электрохимических систем. Строительство завода в Ельце, предназначенного для выпуска батарей марганцево- цинковой системы галетной конструкции, используемых как в военной технике, так и в гражданских целях, началось в 1937 году. К началу Великой Отечественной войны было построено несколько корпусов и ряд складских помещений. 8 октября 1941 года была собрана, опробована и испытана первая партия батарей. Инженеры, рабочие Елецкого элементного завода неоднократно выступали инициаторами и новаторами электротехнической промышленности. Одним из первых в стране они перешли от способа сборки элементов и батарей «передвижка» к поточному методу, первыми в мире использовали в элементном производстве роторные линии, многие компоненты которых были разработаны изобретателями завода. Заводскими конструкторами, технологами совместно с отраслевым ВНИИТом велась постоянная работа по расширению номенклатуры выпускаемых изделий. В 50-е годы освоено около 70 наименований батарей галетной конструкции. Наряду с наращиванием по выпуску галетных батарей, осваивалось производство угольно-цинковых элементов и батарей с воздушным диполизатором: Волна, 3С МВД, 6С МВД, МВД-4С и др. С появлением более современной техники, для эксплуатации которой требовались источники питания с более высокими удельными характеристиками и меньшими габаритами, заводом был освоен выпуск элементов R-20, КБС батареи, модернизировано изготовление батареи КРОНА ВЦ, которая вместе с ростом ёмкостных характеристик получила новое название КОРУНД. Химические источники тока (ХИТ) развиваются очень высокими темпами. Это обусловлено как потребностями техники, средств коммуникации и энергетики, так и многими достоинствами ХИТ: возможностью работы в автономном режиме, широким диапозоном ёмкостей и мощностей, с постоянной готовностью к действию, бесшумностью и др. в ХИТ используются достижения теоретической и прикладной электрохимии и смежных наук, например, открытее новых ионных проводников, водород сорбирующих сплавов, соединений включения, новых окислителей. В настоящей статье рассматриваются современное состояние и перспективы развития первичных и вторичных ХИТ. В связи с ограниченным объёмом обзора не ставится задача детального обслуживания всех проблем и достижений ХИТ, а проводят лишь общие тенденции развития основных ХИТ. В обзор не включены резервные ХИТ и электрохимические конденсаторы. В настоящее время производятся первичные ХИТ с водными электролитами в основном пяти систем: марганцево-цинковые с солевым и щелочным электролитом, серебряно-цинковые, ртутно-цинковые и воздушно-цинковые. Удельная энергия воздушно-цинковых ХИТ значительно выросла, в настоящее время они находят применение также для электропитания портативных компьютеров и другой электронной аппаратуры. А также разработан воздушный электрод на основе полианилина. К достоинствам полианилинам относятся невысокая стоимость и простота его получения, а также химическая и электрохимическая стабильность. Первые образы первичных ХИТ с литиевым анодом были созданы в начале 60-х годов прошлого века, в70-х годах было организовано серийное производство многих из них. Первичный ХИТ с литиевым анодом находят применение в различных портативных устройствах (электронных часах, фотоаппаратах и кинокамерах, магнитофонах, датчиках и т.п. Наряду с первичными источниками тока расширяется номенклатура электрохимических систем вторичных ХИТ. За последние десятилетия созданы и производятся необслуживаемые и герметизированные свинцовые аккумуляторы с гелеобразным или с войлочным (из стекловолокна) электролитом и с решётками из сплава свинца с кальцием или из чистого свинца. Другим крупным достижением в области ХИТ следует считать разработку литий-ионных аккумуляторов, производство которых стартовало в начале 90-х годов. Они находят всё более широкое применение для блоков питания портативной электронной аппаратуры. В России несколько лабораторий и фирм ведут разработки литий-ионных аккумуляторов, но их промышленное производство пока не организовано. Несколько предприятий в мире выпускают перезаряжаемые марганцево-цинковые ХИТ, имеющие ресурс 50-70 циклов при тщательно контролируемом режиме заряда. За последние десятилетия значительно увеличен выпуск и улучшены параметры традиционных ХИТ. В это же время разработаны и запущены в производство новые ХИТ с более высокими параметрами: портативные воздушно-цинковые первичные ХИТ, никель-металлогидридные, литий-ионные, литий-полимерные и герметизированные свинцовые аккумуляторы. Возможности создания ХИТ с более высокими параметрами ещё не исчерпаны. Можно прогнозировать дальнейшее развитие никель-металлогидридных аккумуляторов за счёт применения более энергоёмких гидридов, литиевых аккумуляторов, а также с новыми окислителями, например, с серой, электрически перезаряжаемых воздушно-металлических ХИТ. |