Серебряно-цинковые источники тока

Реферат

-цинковую электрохимическую систему, известны с 1800 г., когда Вольта собрал батарею, состоящую из серебряных и цинковых электродов. В более позднее время пытались использовать при конструировании элементов различные соединения серебра. Но практического значения эти работы не получили главным образом из-за большого саморазряда созданных гальванических элементов.

В период второй мировой войны, и особенно после неё, были исследованы свойства серебряно-цинковой электрохимической системы. Наиболее успешные результаты получались при разработке ампульных серебряно-цинковых элементов и батарей резервного типа, у которых электролит хранится отдельно в стеклянном сосуде-ампуле и заливается в элементы в момент их использования. Созданные серебряно-цинковые батареи такого типа по своим удельным характеристикам в 3 раза превосходят лучшие образцы свинцовых батарей.

В 1898 г. Юнгнер, изобретатель никель-кадмиевого аккумулятора, впервые высказал идею превращения серебряно-цинкового элемента в аккумулятор. Однако это было выполнено лишь в 1943 г. В результате двадцатилетнего труда французский профессор Анри Андре получил первые образцы аккумуляторов, которые имели растворимые цинковые электроды и были весьма несовершенны. Продолжая совершенствовать первоначальный вариант конструкции, Андре в 1952 г. предложил способ изготовления серебряно-цинкового аккумулятора с нерастворимыми цинковыми электродами. Все последующие разработки велись и ведутся исключительно с целью совершенствования серебряно-цинкового аккумулятора с нерастворимыми цинковыми электродами.

3.

В настоящее время серебряно-цинковые аккумуляторы находят довольно широкое применение в науке и технике, а также в военном деле.

Они применяются в управляемых снарядах и ракетах, в торпедах, для различной переносной аппаратуры и т. п.

В качестве примера экономии веса при использовании серебряно-цинковых аккумуляторов вместо кислотных в иностранной литературе приводятся данные о том, что на одном из проектировавшихся снарядов предполагалась установка серебряно-цинковой аккумуляторной батареи весом 33,1 кг. Вместо свинцово кислотной батареи весом 106,5 кг.

4.

Конструкция серебряно-цинковых аккумуляторов существенно отличается от конструкции обычных щелочных или кислотных аккумуляторов. В серебряно-цинковых аккумуляторов положительные пластины изготавливаются из чистого тем или иным способом приготовленного серебра, а отрицательные – из окиси цинка в смеси с порошком металлического цинка. Положительные пластины отделены от отрицательных несколькими слоями гидратцелюлозной пленки, применение которой обусловлено тем, что через неё, с одной стороны хорошо диффундирует электролит, а с другой стороны она препятствует миграции коллоидных частиц окислов серебра от положительного электрода к отрицательному и произрастанию дендритов цинка в противоположном направлении.

5 стр., 2345 слов

Синтез комплексного соединения серебра

... оксид серебра образует комплексное соединение - гидроксид диамин серебра [Ag(NH 3 )2 ]OH Ag 2 O + 4 NH4 OH => 2 [Ag(NH3 )2 ]OH + Н2 O Ход работы: Для ... Ag2 SO4 . Применяют для изготовления электродов в серебряно-цинковых элементах и аккумуляторах. I.2.2. Гидроксид серебра. Гидроксид серебра (I) AgOH. Неустойчивый белый осадок. Обладает амфотерными свойствами, легко поглощает CO ...

Собранный пакет электродов помещается в пластмассовый сосуд и заливается химически чистой калиевой щелочью. Размеры электродов и сосудов подбираются таким образом, чтобы при заполнении аккумулятора электролитом электроды испытывали соответствующее боковое давление, обеспечивающее механическую устойчивость, предупреждающую осыпание активной массы электродов. Кроме того, при наличии бокового давления отпадает необходимость использования каких-либо жестких решёток и стоек, как это делается у обычных кислотных аккумуляторов.

5.

Электрохимическая схема серебряно-цинкового аккумулятора имеет вид:

  • Zn | KOH | AgO, Ag +

6.

При зарядке аккумулятора (восстановление на электроде активных веществ) на аноде происходит окисление серебра до одновалентного иона:

2Ag + 2OH =Ag2 O + H2 O + 2e

с последующим окислением до иона двухвалентного серебра:

Ag + 2OH = 2AgO + H2 O + 2e

На катоде происходит процесс восстановления:

+2Zn(OH) 2 + 4e = 2Zn + 4OH

После того, как потенциал серебряного электрода достигнет величины потенциала выделения кислорода, главной реакцией становится реакция образования кислорода:

4OH ® 2H2 O + O2 + 4e

Напряжение аккумулятора при этом снова возрастает и за время менее одного часа достигает величины 2,1 В. Продолжение заряда аккумулятора не только бесполезно, но и вредно, т.к. во первых аккумулятор уже не воспринимает емкости, а во вторых выделяющийся на серебряных электродах кислород окисляет целлофановую сепарацию и тем самым уменьшает её прочность. Кроме того, в результате наступающего электролиза цинкатного электролита на цинковых электродах начнется выделение цинка в виде дендритов, которые могут легко прокалывать сеперацию. Поэтому систематический перезаряд серебряно-цинкового аккумулятора резко снижает срок его службы.

При отборе электрического тока, т.е. при работе аккумулятора в режиме разряда, протекают следующие электрохимические процессы:

На аноде внутренней цепи происходит реакция окисления металлического цинка:

2Zn + 4OH = ZnO + HOH + Zn(OH)2 + 4e

На катоде внутренней цепи протекает реакция:

2AgO + 2e + HOH = Ag2 O + 2OH

т.е. происходит реакция восстановления иона двухвалентного серебра до одновалентного иона и далее до чистого серебра по схеме:

Ag 2 O + 2e + HOH = 2Ag + 2OH

12 стр., 5728 слов

Серебро и способы его получения. Аффинаж серебра

... человеческой жизни. Таким образом, целью курсовой работы является изучение серебра и способов его получения, а так же рассмотреть аффинаж серебра. 1.1 Историческая справка Серебро является одним из тех металлов, ... . Аргентит - основной источник серебра. В природе он сопутствует самородному серебру, AgCl, PbCO3 ; его залежи часто находятся рядом с сульфидами свинца, цинка и меди. Такие руды находятся ...

Суммарное уравнение записывается в виде:

2AgO + HOH + 2Zn = 2Ag + ZnO + Zn(OH) 2

При заряде эта реакция идет в прямом направлении, а при разряде – в обратном.

Ц и н к

1.

Zn 1s 2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10

2.

Элемент цинк (Zn) в таблице Менделеева имеет порядковый номер 30 . Он находится в четвертом периоде второй группы.

3.

Цинк представляет собой синевато — белый металл, плавящийся при 419° С, а при 913° С превращающийся в пар; плотность его равна 7,14 г/см 3 . При обыкновенной температуре цинк довольно хрупок, но при 100-110° С он хорошо гнется и прокатывается в листы.

4.

На воздухе цинк покрывается тонким слоем окиси или основного карбоната, предохраняющим его от дальнейшего окисления. Вода почти не действует на цинк, хотя он и стоит в ряду напряжений значительно левее водорода. Это объясняется тем, что образующаяся на поверхности цинка при взаимодействии его с водой гидроокись практически нерастворима и препятствует дальнейшему течению реакции.

Цинк является довольно активным металлом.

1. Он легко взаимодействует со многими неметаллами: кислородом, галогенами:

а) 2 Zn + O2 = 2ZnO (оксид цинка)

Zn 0 – 2e = 2Zn2+

O 2 + 4e =2O22–

б) Zn + Cl 2 = ZnCl2

Zn 0 – 2e = 2Zn2+

Cl 2 + 2e =2Cl

2. При нагревании взаимодействует с водой:

Zn + H 2 O = ZnO + H2

Zn 0 – 2e = 2Zn2+

2H 2 O + 2e = H20 + 2OH

j(Zn 0 /Zn2+ ) = -0,763 В

j(2H 2 O/H2 , OH ) = -0,414 В

j(Zn 0 /Zn2+ )<j(2H2 O/H2 , OH )Þ реакция возможна

3. Взаимодействует с щелочами:

  • при взаимодействии с водным раствором щелочи образуется комплексная соль цинковой кислоты ( гидроксоцинкат натрия ).

Zn + 2NaOH + 2H 2 O = Na2 [Zn(OH)4 ] + H2

Zn 0 – 2e = 2Zn2+

2H 2 O + 2e = H20 + 2OH

j(Zn 0 /Zn2+ ) = -0,763 В

j(2H 2 O/H2 , OH ) = -0,414 В

j(Zn 0 /Zn2+ )<j(2H2 O/H2 , OH )Þ реакция возможна

5. Взаимодействует с кислотами:

  • с соляной кислотой с образованием хлорида цинка:

Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H2

2H + + 2e = H2

Zn — 2e = Zn2+

6 стр., 2982 слов

Цинк и его свойства

... взаимодействуют с Цинком на холоду, но в присутствии паров воды металл может воспламениться, образуя, например, ZnCl2 . Нагретая смесь порошка Цинка с серой дает сульфид Цинк ZnS.Сильные минеральные кислоты энергично растворяют Цинк, ... комплексные соединения, содержащие Цинк, например [Zn(NH3 )4 ]SО4 и другие. Цинк является довольно активным металлом. Он легко взаимодействует с кислородом, ...

j(Zn 0 /Zn2+ ) = -0,763 В

j(H + /H2 )=0

j(H + /H2 )> j(Zn0 /Zn2+ )Þ реакция возможна

  • с серной кислотой с образование различных веществ в зависимости от концентрации кислоты:

Zn + 2H 2 SO4

SO 42- + 4H+ + 2e ® SO2 + 2H2 O

Zn 0 — 2e = Zn2+

j(Zn 0 /Zn2+ ) = -0,763 В

j(SO 42- ,H+ /SO2 ) = 0,438 В

j ОК < jВОССТ Þ реакция возможна

3Zn + 4H 2 SO4

HSO 4 + 7H+ + 6e = S + 4H2 O

Zn 0 – 2e = Zn2+

j(Zn 0 /Zn2+ ) = -0,763 В

j(SO 4 , H+ /S) = 0,35 В

j ОК < jВОССТ Þ реакция возможна

  • с азотной кислотой с образованием различным веществ в зависимости от концентрации кислоты:

Zn + 4HNO 3

Zn 0 – 2e = Zn2+

NO 3 + 2H+ + e = NO2 + H2 O

j(Zn 0 /Zn2+ ) = -0,763 В

j(NO 3 /NO2 ) = 0,80 В

j ОК < jВОССТ Þ реакция возможна

4Zn + 10HNO 3

j(Zn 0 /Zn2+ ) = -0,763 В

j(NO 3 ,H/NH4 NO3 ) = 0,94 В

j ОК < jВОССТ Þ реакция возможна