Электрохимические технологии и материалы. Александра Григорьевна Бережная

чем металл анода. Катионы восстанавливаются, возникают коротко замкнутые пары, которые способствуют коррозионному разрушению анода;

      – ионы переменной валентности, например Fe²⁺и Fe³⁺. Ионы Fe³⁺ восстанавливаются до Fe²⁺ на аноде, вызывая коррозию. Ионы Fe²⁺ у катода окисляются деполяризатором, вновь образуются катионы трехвалентного железа и взаимодействуют с анодом;

      – соприкосновение металла с растворами разной концентрации ведет к образованию короткозамкнутых концентрационных элементов, а местные пары могут возникать и при неоднородности электрода;

      – наличие окислителя или саморазряд анода, например, при доступе воздуха к цинковому аноду:

      – наличие восстановителя или саморазряд катода.

      По заряд-разрядным кривым можно рассчитать значения емкости, энергии, коэффициента полезного действия ХИТ при его эксплуатации в конкретном режиме. Разница значений начального U_рн и конечного U_рк напряжений разряда может быть достаточно большой (см. рис. 1), поэтому для расчетов часто используют средние напряжения разряда U_ср.р.

      Напряжение разряда ХИТ зависит от технологических особенностей, температуры, режима разряда, а также конструкции источника тока.

      2.2. Первичные химические источники тока

      К первичным ХИТ относятся источники тока, активные вещества которых используются однократно. Рассмотрим особенности конструкции таких элементов, механизмы токообразующих процессов и эксплуатационные характеристики ХИТ данного типа.

Сухие марганцово-цинковые (МЦ) элементы

      Первичные сухие ХИТ выпускаются промышленностью с не проливающимся электролитом (загущенным крахмалом, мукой, карбоксиметилцеллюлозой (КМЦ)). Типичным представителем сухих ХИТ являются МЦ-элементы стаканчиковой и галетной конструкций, в которых используют солевые (NH₄Cl) и щелочные (NaOH, KOH) электролиты [4–6]. Схематически их можно представить так:

      Активными веществами анода и катода являются цинк Zn и диоксид марганца MnO₂ соответственно. Концентрация щелочного электролита составляет 6–10 М, что отвечает максимуму электропроводности и минимальной температуре замерзания раствора.

      Устройство щелочного марганцово-цинкового элемента показано на рис. 2. Цинковый анод располагается в цилиндрической камере внутри элемента и представляет собой пасту на основе порошка цинка. Пространство между сепаратором и корпусом заполняется смесью диоксида марганца с угольным порошком – это активная катодная масса. В качестве положительного коллектора тока служит стальной корпус элемента. Сепаратор, а также анодная и катодная активные массы пропитаны электролитом для снижения внутреннего сопротивления элемента.

      Рис. 2. Схема щелочного марганцово-цинкового элемента

      Диоксид марганца восстанавливается на катоде. В щелочных растворах реакция протекает с участием молекул воды: