ПРОЕКТ ПО ХІМІЇ НА ТЕМУ: «Електроліти в сучасних акумуляторах»

ПРОЕКТ ПО ХІМІЇ НА ТЕМУ: «ЕЛЕКТРОЛІТИ В СУЧАСНИХ АКУМУЛЯТОРАХ»

МЕТА та ЗАВДАННЯ Мета: поглиблення знань про сучасні акумулятори, їх використання в побуті, науці та техніці, а також утилізацію використаних акумуляторів. Завдання: ознайомитися з науковими джерелами з даної теми, проаналізувати матеріал, донести основні поняття: "електроліти", "сучасні акумулятори".

ЗМІСТ Вступ 1. Основні поняття: "електроліти", "сучасні акумулятори". 2. Види акумуляторів 3. Нікелево-кадмієві (Ni-Cd) акумулятори 4. Нікелево-металогідридні (Ni-MH) Акумулятори 5. Літієво-іонні (Li-Ion) акумуляторні батареї 6. Літієво-полімерниі акумуляторні батареї (Li-polymer) 7. Свинцево-кислотні (LEAD ACID) акумуляторні батареї 8. Утилізація використаних акумуляторів Висновки

ЕЛЕКТРОЛІТИ (англ. electrolytes, нім. Elektrolyte m pl) — провідники другого роду. Речовини, розплави або розчини, електричний струм в яких виникає завдяки руху іонів, а не електронів, як у звичайних провідниках (хоча можливе поєднання обох типів провідності у одній речовині). Іони утворюються завдяки електролітичній дисоціації — розпаду складних речовин на іони. АККУМУЛЯТОР - (енергії) (лат. — збирач) — пристрій, в якому нагромаджується (акумулюється) енергія.

ВИДИ АКУМУЛЯТОРІВ нікелево-кадмієві (Ni-Cd) нікелево-металогідридні (Ni-MH) літієво-іонні (Li-Ion) – наступник (Li-S) герметичні свинцево-кислотні (SLA) літієво-полімерні (Li-polymer) Різниця акумуляторів по основним параметрам: Максимальний термін експлуатації Ємність акумулятора Кількість циклів перезарядки Параметри саморозрядки Габаритні розміри Робочий температурний діапазон Можливість прискореної зарядки Максимальний термін зберігання

Нікелево-кадмієві (Ni-Cd) акумулятори Історія Нікелево-кадмієві акумулятори випускаються в різних країнах світу приблизно з 1950 року. На сьогоднішній день більше 50% всіх акумуляторів для портативного обладнання є нікелево-кадмієві. Основні переваги цього типу акумуляторів: низька вартість; висока стійкість до перепадів температур; хороша стійкість до великих струмів заряду і розряду, так як малий внутрішній опір дозволяє віддавати великі струми (інші типи акумуляторів це не влаштовує); велика кількість циклів "заряду-розряду". Серед усіх типів акумуляторів нікелево-кадмієвий - єдиний, який найкраще віддає максимальну ємність, забезпечує велику кількість циклів заряду, розряду, якщо періодично здійснюються глибокі розряди (до 1 В на елемент). Недоліки нікелево-кадмієвого акумулятора: наявність так званого "ефекту пам'яті"; даний тип акумулятора екологічно забруднений, так як кадмій є високотоксичною речовиною. Також з'являються додаткові проблеми з її переробкою; порівняно низька питома ємність, хоча і не у всіх випадках це є критично.

Нікелево-металогідридні (Ni-MH) акумулятори Історія Відомі на ринку з кінця 80-х років. Поштовхом до розробки і виробництва цих акумуляторів з'явилася, головним чином, їх більш висока щільність енергії в порівнянні з Ni-Cd. Переваги сьогоднішнього Ni-MH акумулятора в порівнянні з Ni-Cd: велика питома ємність (при тих же габаритних розмірах значення ємності на 30% більше), меншу вагу; менш схильний до "ефекту пам'яті"; до складу акумулятора входить менша кількість токсичних металів, і в даний час він вважається екологічно чистим. Недоліки в порівнянні з Ni-Cd акумулятором: має набагато меншу кількість циклів заряду розряду; ціна Ni-MH акумулятора вище, ніж Ni-Cd, хоча і не завжди може бути головною проблемою, якщо користувач віддає перевагу невеликому розміру і вазі; температурний режим роботи менше, ніж у Ni-Cd акумулятора. в порівнянні з Ni-Cd і Li-Ion акумуляторами, у Ni-MH акумулятора найнижча навантажувальна здатність - він не може віддавати великі струми; цей тип акумуляторів <боїться> глибоких розрядів, тому що довговічність батареї безпосередньо пов'язана з глибиною розряду; саморозряд більш ніж в 1,5 рази вище, ніж у Ni-Cd акумулятора, що є важливим параметром при зберіганні; Ni-MH не любить великого зарядного струму, як Ni-Cd, так як в процесі зарядки виділяється значно більша кількість тепла.

Літієво-іонні (Li-Ion) акумуляторні батареї Історія Виробництво літієво-іонних акумуляторних батарей почалося на початку 90-х років. На сьогоднішній день найбільшим постачальником цього типу батареї є компанія Sony. Перевага літієво-іонних акумуляторів полягає: у високій питомої ємності Li-Ion,що принаймні, в два рази більша, ніж у Ni-Cd акумулятора. Літій - дуже легкий метал, має найбільший електрохімічний потенціал і забезпечує найбільший вміст енергії. Li-Ion має відносно низький саморозряд і в ньому повністю відсутній "ефект пам'яті", завдяки чому час від часу можна дозаряджати і не зовсім розряджений акумулятор. Кількість циклів "заряду-розряду" за даними більшості виробників (так як у кожного виробника свої технології і відповідно кількість циклів дещо відрізняється) трохи більше, ніж у Ni-MH акумулятора. Основний недолік літієво-іонних (Li-Ion) батарей висока вартість і малий діапазон робочих температур, хоча це і не завжди є критичним фактором. У конструкції сучасних літієво-іонних (Li-Ion) акумуляторів присутні так звані smart-мікросхеми. Це дозволяє управляти зарядним пристроєм таким чином, щоб процес зарядки був найбільш ефективним в залежності від пропрацював кількості циклів "заряду-розряду".

Застосування: Портативні пристрої: мобільні телефони і смартфони, ноутбуки та планшети, цифрові фотоапарати і відеокамери, електронні сигарети, портативні ігрові консолі і ліхтарики; Електроінструменти: Літій-іонні батареї використовуються в акумуляторних дрилях, шліфувальних машинах, електропилках і т. д.; Електричні транспортні засоби: через свою низьку вагу літій-іонні батарей використовуються для зберігання енергії у електромобілях,велосипедах тощо. в різноманітних радіокерованих моделях як джерело енергії, значно потіснивши двигуни внутрішнього згоряння Недоліки: він не може віддавати великі струми розряду і, також, як і літієво-іонний (Li-Ion), не любить низьких температур Літієво-полімерниі акумуляторні батареї (Li-polymer)

Історія Свинцевий акумулятор винайшов у 1859-1860 роках Гастон Планте, співробітник лабораторії Олександра Беккереля. У 1878 році Камілл Фор удосконалив його конструкцію, покривши пластини акумулятора свинцевим суриком . Акумулятори характеризуються такими параметрами: - Електрорушійна сила зарядженого акумулятора 2,1—2,3 В; - Електрорушійна сила розрядженого акумулятора 1,7—1,8 В; - ККД до 80%; - термін служби (кількість циклів заряд-розряд) 300—800; - Саморозряд на добу 1—2% Принцип дії Свинцево-кислотні (LEAD ACID) акумуляторні батареї

На відміну від інших типів акумуляторних батарей свинцево-кислотна батарея зазвичай використовується, коли потрібна велика ємність, вимоги до ваги не критичні і вартість батареї повинна зберегтися низькою. Переваги герметичних свинцево-кислотних (SLA) акумуляторних батарей: відносно невисока вартість; повна відсутність "ефекту пам'яті"; низький саморозряд; в сучасних герметичних свинцево-кислотних акумуляторах, в залежності від середньої глибини розрядки, кількість циклів може досягати 800-1000 Недоліки SLA-батарей: акумуляторні батареї SLA мають найнижчу питому ємність, хоча в багатьох випадках це може бути і некритичним; на відміну від Ni-Cd SLA страшні глибокі цикли розряду (це безпосередньо веде до скорочення кількості циклів "заряду-розряду"). Свинцево-кислотні (LEAD ACID) акумуляторні батареї

Які проблеми можуть виникнути у разі неправильного використовування акумулятора?  Як і будь-який пристрій, акумуляторні батареї схильні до проблем під час експлуатації. Основними факторами, які призводять до зменшення ресурсу, є процеси сульфації, недостатній час заряду, часті процеси заряду і розряду, глибокий розряд, наявність металевого нальоту на стінках сепаратора. Наразі неправильного використанная акумулятора можуть втрачати зв'язки пластина і решітка; решітка може кришитися і втрачати свою структуру; також может відбуватися осипання свинцю; втрачання акумулятором ємності; зниження маси пластин, їх обсипання та деградування; старіння акумулятора

ВИСНОВКИ Ознайомилися з різними типами електролітів (нікелево-кадмієві, Нікелево-металогідридні , літієво-іонні, літієво-полімерні, свинцево-кислотні), розглянули їх переваги і недоліки, історію винайдення. Ми зрозуміли, що сьогодні гостро стоїть питання використання цих акумуляторів, оскільки до їх складу входять токсичні метали.