Universitatea POLITEHNICA din Bucuresti Facultatea de Chimie Aplicat si Stiina Materialelor

Tipuri de acumulatori (alcalini cu AgO, alcalini Ag Zn, alcalini Ag Cd)

STUDENTI : ALINA ILEANA TANASESI

ANA MARIA SLAVE, CATB, ANUL III

CUPRINS

1. Introducere..32. Sisteme secundare alcaline cu oxid de argint ...................7 3. Sistemele reversibile alcaline argint zinc......................8 4. Caracteristicile electrice specifice......................................9 5. Sistemele reversibile alcaline argint cadmiu................11 6. Bibliografie.........................................................................15

2

Tipuri de acumulatori1. Introducere Acumulatoarele - sunt dispozitive care acumuleaza energia electrica prin conversieelectrochimica. Ele sunt reversibile , in sensul ca acumuleaza energie electrica in regimul de incarcare de la o sursa de curent continuu ( redresor electric ) si genereaza energie electrica cand sunt conectate la un circuit receptor.

3

Marimi caracteristice acumulatoarelor electrice : - tensiunea electromotoare - reprezinta tensiunea la borne in gol ( V); - rezistenta interna - reprezinta rezistenta electrica care apare la circulatia curentului (); - capacitatea de debitare - reprezinta cantitatea de electricitate ce poate fi debitata pana cand tensiunea la borne scade sub o anumita limita; - curentul maxim de descarcare - randamentul energetic - este raportul dintre energia livrata la descarcare si energia primita la incarcare.

Acumulatoarele electriceSunt de doua tipuri : - acide (cu plumb) - alcaline - care au electrolitul format din solutii alcaline, iar electrozii pot fi din : nichel - fier ; nichel - cadmiu ; zinc - argint . Electrolitul utilizat n acumulatorii alcalini este hidroxidul de potasiu. Dou tipuri de acumulatori alcalini sunt cu precdere utilizai: acumulatorul fier - nichel (T.A. Edison, 1901) i acumulatorul cadmiu - nichel (W. Jungner, 1899). Ambele tipuri au catodul din oxid bazic de nichel iar masa anodic este pulbere de fier sau cadmiu. Electrolitul = 1,17 g/cm este o soluie 20% de KOH ( 3).

Acumulatorul Fe Ni (-) (+) REMA Fe0 Fe2+ + 2eFe(OH)2 2NiOOH + 2e- + 2H2O Cd0

Acumulatorul Cd Ni Cd2+ + 2e-

Fe2+ + 2HOFe + 2NiOOH

Cd2+ + 2HOCd(OH)2 2Ni(OH)2 + 2HOCd+ 2NiOOH Cd(OH)2 + 2Ni(OH)2 E=1,42 V; Wg=15-28Wh/kg; hI=65%

Fe(OH)2+ 2Ni(OH)2 Caracteristici: E=1,33 V; Wg=15-22Wh/kg; hI=50%

Problema comun tuturor acumulatoarelor este suprancrcarea; dac exist un surplus de energie la ncrcare, la anod i la catod se manifest i alte procese dect cele corespunztoare REMA. n cazul acumulatorului cu plumb se formeaz hidrogen i oxigen. i n cazul acumulatorilor alcalini se vor forma aceste gaze dar pe o cale proprie. Pe placa de nichel se poate produce i oxigen (supratensiunea acestuia fiind mic) chiar i n cazul n care s-a ncrcat numai 10% acumulatorul dup reacia : 4HOO2 + 2H2O + 4eAcest fapt se poate preveni prin adaosuri de cobalt dar n acest caz se micoreaz potenialul electrodului cu 20...70mV. Degajarea de gaze a mpiedicat mult timp realizarea de acumulatori alcalini. Cercetri susinute au dus n final la realizarea de acumulatori alcalini Cd - Ni nchii etan care au placa de cadmiu cu suprafa mare (electrozi poroi, obinui prin sinterizare), utilizeaz cantiti mici 4

de electrolit, prezint o diafragm poroas ntre electrozii plac i care permite difuzia la temperatura ridicat din celul. n aceste condiii, oxigenul format pe placa de nichel difuzeaz spre placa de cadmiu unde pot avea loc reacii chimice sau electrochimice de captare a lui: Cd + 1/2 O2 + H2O 1/2 O2 + H2O + eCd(OH)2 2HOreacie chimic reacie electrochimic

Degajri de gaze pot apare i la descrcri profunde. n general, din fabricaie, nu toate elementele unei baterii posed acelai grad de ncrcare; descrcarea prematur a unei pile dintro baterie de pile legate n serie poate duce la inversarea polilor ei i n urma electrolizei astfel iniiate se poate petrece o degajare de gaze. Acest lucru se previne prin ncorporarea n placa de nichel a unei plcue de cadmiu astfel nct chiar dac n procesul anodic s-a consumat tot cadmiul, s mai existe Cd(OH)2 neredus. Se previne astfel degajarea de hidrogen. Numrul de cicluri de ncrcare-descrcare depinde de gradul de descrcare: dac acumulatorul a fost descrcat n proporie de 25% numrul de cicluri este de ordinul miilor dar dac s-au produs descrcri n proporie de 75%, numrul de cicluri se reduce la cteva sute. Spre deosebire de elementele primare, in care caracterul reactiilor chimice este ireversibil, se construiesc si asa-numitele elemente secundare, care sunt reversibile, in sensul ca in ele reactiile chimice se succed in mod invers c nd curentul care trece prin electrolit este inversat. Aceste elemente secundare au rezistente interioare foarte mici si se pot utiliza pentru acumularea energiei sub forma electrochimica, numindu-se acumulatoare electrice. In acumulatoare se realizeaza att transformarea energiei chimice in energie electrica, ct si transformarea inversa (regenerarea substantelor active de la electrozi, ca urmare a schimbarii sensului curentului). Aceste sisteme reversibile trebuie s ndeplineasc cteva cerine: comoditate n exploatare; evitarea utilizrii materialelor scumpe i deficitare; durat de funcionare ridicat i rezisten mecanic bun; interval larg de temperaturi pentru pstrare i funcionare; randamente energetice volumice ct mai ridicate; vitez minim de autodescrcare. Sursele chimice de curent secundare sau acumulatoarele electrice sunt sursele de curent a caror capacitate de functionare poate fi restabilita dupa dupa descarcare, prin ncarcare, adica prin trecerea curentului electric continuu prin acumulator n sensul opus sensului curentului de descarcare. Prin decarcarea acumulatorului are loc transformarea energiei chimice n energie electrica, iar substantele active trec n produse ale descarcarii, iar prin ncarcarea acumulatorului, energia electrica se transforma n energie chimica, iar produsele decarcarii trec n substantele active initiale. n acumulator energia electrica se acumuleaza sub forma de energie chimica, pentru a fi folosita ulterior. Depozitarea si interconversia energiei n acumulatoare se realizeaza prin intermediul unei reactii chimice a carei directie este determinata de directia curentului. Schema generala a unei asemenea reactii este data de ecuatia: M(red)+O(ox) M(ox)+O(red) M si O sunt materialele care oxideaza sau se reduc, (d) corespunde reactiei de descarcare a pilei, iar () reactiei de ncarcare a pilei cu ajutorul unei surse de curent (externe), cnd pila devine celula de electroliza. Materialele M si O, denumite materiale active, pot fi metale(M), oxizi sau hidroxizi (O). Sursele chimice de curent pot fi construite sub forme foarte variate, nsa n principiu, att

5

pilele ct si acumulatoarele sunt constituite din doi electrozi separati printr-un electrolit. Cele mai utilizate acumulatoare sunt acumulatorul acid cu elecrozi de plumb si acumulatoarele alcaline. Acumulatoarele alcaline au o gama larga de utilizare n practica. Ele prezinta o serie de avantaje n comparatie cu acumulatoarele cu plumb precum capacitate specifica mai ridicata durata de lucru mai mare (800+1500 cicluri de ncarcare), portabilitate, rezistenta la socuri mecanice si la descarcari totale. Trebuiesc mentionate si dezavantajele, printre care: o tensiune mai mica la borne(1,35-1,65 V),randamente mai mici si pret de cost mai ridicat Durata mai mare de functionare compenseaza costul de fabricatie mai ridicat. Cel mai reprezentativ acumulator alcalin este acumulatorul Ni-Cd . Se fabrica n mai multe variante de electrozi: tubulari, casetati, sinterizati. Electrozii sinterizati reprezinta un stadiu avansat si de actualitate n tehnologia acestui acumulator si prin ei s-a putut diversifica, capacitiv, de la microelemente de 0,05 Ah pna la sute de Ah. La baza acestui sistem alcalin sta urmatorul sistem electrochimic: (-)Cd / KOH / NiOOH(+) Procesele care au loc la cei doi electrozi sunt : La anod (-) Cd + 2HO- decarcare Cd(OH)2 +2e- ncarcare La catod (+) 2NiOOH + 2H2O descarcare 2Ni(OH)2+2OH- ncarcare Reactia globala pe celula este: Cd+2NiOOH+2H2O descarcare Cd(OH)2+2Ni(OH)2 ncarcare Parametrii caracteristici ai acumulatorului Ni-Cd sunt tensiunea, rezistenta interna, capacitatea si autodescarcarea. Tensiunea n ciruit deschis este de aproximativ 1,3V/element, n stare complet ncarcata si, practic, nu depinde de densitatea electrolitului pentru temperaturi normale de lucru. La temperaturi joase, influenta densitatii se resimte puternic. Temperatura influenteaza n mai mica masura valoarea tensiunii. n tabelul de mai jos sunt date valorile tensiunii n functie de temperatura pentru un acumulator nou, pentru unul la jumatatea duratei de viata si respectiv pentru acumulatorul n stadiul final. Variatia tensiunii cu temperatura la o descarcare n regim de 10h(C10)-elemente Ni-Cd Stadiul de viata Valoarea tensiunii(V) pentru diferite valori ale temperaturii(oC) -20 -10 +10 +20 +30 +40 +50 *Initial 1,285 1,295 1,305 1,310 1,315 1,320 1,325 *Mediu 1,165 1,180 1,200 1,215 1,220 1,230 1,230 *Final 1,075 1,090 1,095 1,100 1,100 1,100 1,100 La o temperatura data, tensiunea variaza nsa, n functie de regimul de descarcare. Tensiunea la borne se modifica datorita caderii de tensiune pe rezinstenta interna a elementului(U=RiI, iar U=E-U). La acumulatorul Ni-Cd si la cele alcaline n general, rezistenta interna se modifica mai putin cu starea de ncarcare datorita faptului ca electrolitul participa n foarte mica masura, practic n cantitate neglijabila, la reactia de conversie, nct el n procesul de descarcare nu afecteaza rezistenta interna . La ncarcare, tensiunea creste cu valoarea caderii de tensiune pe rezistenta interna si cu att mai mult cu ct temperatura de ncarcare este mai joasa ( U=E+U). La acumulatoarele Ni-Cd, la descarcare, tensiunea are o valoare initiala , o valoare medie si o valoare finala, marimi ce depind de regimul de descarcare.

2. Sisteme secundare alcaline cu oxid de argint

6

Argintul are o vechime de cnd este cunoscut comparabil cu a aurului. Dup aur, argintul este cel mai maleabil i ductil dintre metale. Prin laminare se poate obine o foi de 10-5 mm iar prin trefilarea a 1 g de Ag se poate realiza un fir lung de 1800 m. Argintul pur are utilizri restrnse. Cu ajutorul lui se fac argintri (depuneri electrolitice), este folosit la fabricarea instrumentelor medicale, recipiente pentru industria chimic, la fabricarea acumulatorilor Ag-Zn i confecionarea contactelor electrice de intensiti nalte. ntr-o msur mult mai mare sunt folosite aliajele Ag cu Au, Cu, Zn, Ni. Aliajul 90% Ag i 10% Cu este folosit n microelectronic pentru contactele electrice (chipset-uri). Aliajul Ag-CuZn este folosit la lipit n electrotehnic. Este folosit n elaborarea aliajelor dentare i n calitate de catalizator pentru reacii chimice. Apa pstrat n vase de argint nu conine bacterii sau microbi. Ca urmare, este folosit la fabricaia laptelui i berii. nc din 1920 profesorul Henri Andr s-a preocupat de sistemul alcalin Ag Zn, descoperind c problema realizrii practice o constituie membrana separatoare necorespunztoare; el precizeaz c numrul de cicluri funcionale poate fi mrit prin utilizarea unui separator semipermeabil adecvat alcalinitii electrolitului. Sistemele reversibile cu oxid de argint, avnd o tensiune nominal de aproximativ 1,6 V, se caracterizeaz printr-o durat mare de funcionare i energie specific masic ridicat, dar i prin costuri mari de fabricaie datorit preului argintului folosit. De aceea, se comercializeaz sub form de buton (moned) cu dimensiuni reduse, n care cantitatea de argint folosit este minim i deci particip n proporie mic la structura preului. Acest tip de sistem secundar de conversie a energiei are dimensiuni reduse i utilizeaz zinc pulbere ca electrod negativ (anod), respectiv oxid de argint ca electrod pozitiv (catod), i soluie alcalin de electrolit (de obicei NaOH sau KOH). Reacia chimic de celul care se desfoar la cei doi electrozi este urmtoarea:

Zn + Ag2O KOH/NaOH ZnO + 2AgZincul este substana activ de la electrodul negativ i se corodeaz n soluia alcalin de electrolit; astfel, este dificil meninerea capacitii electrice a acumulatorului pe durata de depozitare. Procesul de coroziune a zincului conduce la degajarea H2 gazos, concomitent cu creterea presiunii interne i a volumului celului. n amestecul de la anod se folosete mercur n vederea suprimrii coroziunii zincului, n ciuda efectelor periculoase asupra mediului nconjurtor. n comparaie cu alte sisteme de conversie direct a energiei, acumulatorii cu oxid de argint prezint o tensiune de descrcare mai ridicat dect a sistemelor ireversibile cu oxid de mercur i o curb de descrcare mai aplatizat dect a acumulatorilor alcalini obinuii.

3. Sistemele reversibile alcaline argint zincZincul este utilizat pe scar larg la acoperirea tablei, evilor i srmelor din oel. Oxidnduse cu uurin n aer, n prezena CO2 i umiditii, stratul de oxid format este aderent i compact la suprafaa zincului i mpiedic corodarea n continuare a metalului. O important cantitate de Zn este folosit n metalurgie, la extragerea Pb Au i Ag. Aliajele Zn cu Al (4%Al) i Cu (4%Al, 1-2.76%Cu) sunt utilizate la obinerea pieselor turnate sub presiune (capace de ceasornice, aparate de ras, piese pentru maini de scris) asigurnd o bun stabilitate dimensional. Cantiti nsemnate de zinc sunt folosite la fabricarea oxidului de zinc, cel mai uzual pigment anorganic alb. Tot ZnO mai este folosit n industria ceramic, n medicin i n industria cauciucului.

7

Srurile de zinc introduse n organism pe cale intern sunt toxice iar asupra pielii au o aciune stringent i iritant. Clarck-ul zincului este mic (0.02%). n ar extragerea Zn are loc n uzinele de la Copa Mic. Reaciile de celul la descrcarea (), respectiv ncrcarea (), sistemului alcalin cu oxid de argint pot fi descrise de echilibrele: Ag2O + Zn 2Ag + ZnO AgO + Zn Ag + ZnO La ncrcare, alturi de oxid de argint monovalent Ag2O, se formeaz i oxid de argint bivalent AgO, indicnd existena mai multor trepte n proces (dup cum reiese i din curba de ncrcare descrcare). La ncrcarea electrodului de argint particip ionii hidroxil cu formarea apei, adic concentraia soluiei alcaline n apropierea suprafeei eletrodice se micoreaz, conform reaciilor: Ag + 2HO- AgO + H2O + 2e Ag2O + 2HO- 2AgO + H2O + 2e Din punct de vedere al proceselor care se desfoar la electrodul negativ, principala problem o constituie obinerea unui electrod din zinc reversibil, care s-i pstreze dimensiunile i forma la descrcri i ncrcri repetate. Iniial, electrodul negativ era confecionat din tabl de zinc monolit, nconjurat de soluie alcalin, ceea ce nu a permis funcionarea reversibil stabil a sistemului. Cauzele comportrii instabile a electrodului de zinc monolit sunt legate de faptul c se desfoar doar procesul primar de dizolvare, iar procesul secundar are loc dup saturarea soluiei n ioni zincat, ceea ce este posibil numai la descrcarea cu densiti mici de curent. n prima etap zincul se oxideaz formnd ZnO sau Zn(OH)2, n form solid: Zn + 2OH- ZnO + H2O + 2e Zn + 2OH Zn(OH)2 + 2e Aceti compui solizi sunt dizolvai n electrolit, rezultnd zincai: ZnO + 2OH + H2O = Zn(OH)24 Zn(OH)2 + 2OH = Zn(OH)24 La volume limitate de soluie, cnd electrolitul nu mai poate dizolva compuii de reactie, pe anod se depune un strat fin de ZnO sau de Zn(OH)2, pasivndu-l. Prin utilizarea unui nou tip de electrod negativ insolubil, electrodul sub form de pulbere de zinc n amestec cu oxid de zinc, caracterizat de suprafa activ foarte mare, s-a mbuntit coeficientul de folosire al zincului, s-a redus semnificativ volumul soluiei de electrolit (deci gabaritul i greutatea elementului), a crescut numrul de cicluri ncrcare descrcare fr pierderi de mas activ.

8

4. Caracteristicile electrice specificeTensiunea electromotoare prezint dou trepte n procesul de descrcare, ale cror valori depind de potenialele standard ale reaciilor de electrod i de activitatea oxizilor i hidroxizilor n soluia alcalin. Caracteristica important a elementelor cu oxid de argint este stabilitatea ridicat a tensiunii acestora pe treapta a doua a curbei de descrcare.

Regimul de descarcare 10 ore 1 ora 20 min 10 min

Elementul de constructie nominala N Tensiunea de Capacitatea palier, V disponibila din cea nominala, % 1.5 100 1.4 90 -

Elementul UR Tensiunea de palier, V 1.56 1.50 1.40 1.35 Capacitatea disponibila din cea nominala, % 140 125 100 85

Variaia tensiunii cu regimul de descrcare depinde n principal de construcia specific a elementului, i anume: elementele de construcie nominal N au o rezisten intern mai mare, datorit grosimii electrozilor i membranelor separatoare, fiind concepute pentru regimuri joase de descrcare; elementele cu rezisten intern mai redus, destinate unor regimuri rapide de descrcare (R), au paliere de tensiune cu valoare mai ridicat; elementele concepute pentru regimuri foarte nalte de descrcare, respectiv ultrarapide UR, au valori de palier i mai ridicate. La regimuri ultrarapide palierul de tensiune constant se extinde pe toat durata descrcrii. Aceasta se datoreaz diminurii rezistenei interne pe msur ce AgO este redus la argint metalic, anulnd efectul negativ al polarizrii. Rezistena intern a elementelor Ag Zn este foarte mic, n special la elementele UR, 9

care au membrane separatoare de grosime redus. Valoarea rezistenei interne este comparabil cu cea a elementelor Ni Cd cu plci sintetizate de tip folie. Pentru o capacitate de 1Ah, rezistena intern are o valoare cuprins ntre 0,03 i 0,05 . Starea de ncrcare este, de asemenea, un factor important pentru rezistena intern. Contrar altor sisteme, la elementul Ag Zn n stare de ncrcare complet rezistena intern este mai mare dect n stare parial descrcat, datorit faptului c argintul metalic ce apare la descrcarea catodic reduce sensibil rezistena acestuia. Capacitatea total a elementului determin durata de descrcare pentru diferite intensiti de curent. La cureni mari, durata de descrcare nu este limitat de capacitatea acumulatorului, ci de temperatura ridicat datorat nclzirii n timpul funcionrii, ceea ce conduce la coroziunea accentuat a electrodului din zinc i distrugerea peliculei separatoare. De aceea, descrcrile multiple de scurt durat cu regimuri forate scad capacitatea de lucru. Caracteristica deosebit a elementelor argint zinc const n faptul c capacitatea total depinde n mic msur de regimul de descrcare, i la cureni mari practic nu se modific. Autodescrcarea La pstrarea prelungit a acumulatorilor Ag Zn n stare ncrcat, au loc procese de autodescrcare, care scad treptat capacitatea i tensiunea de descrcare. Procesele de autodescrcare se datoreaz n special instabilitii electrochimice a electrozilor, la nivelul de contact cu electrolitul; impuritile din masa activ i din electrolit contribuie la pierderea inactiv de capacitate. Pierderile mai nsemnate se regsesc la nivelul electrodului negativ, care sufer reacii de coroziune cu degajare de hidrogen, conform reaciei: Zn + 2NaOH Na2ZnO2 + 2e + H2 Coroziunea zincului n soluii alcaline decurge cu vitez moderat, deoarece supratensiunea hidrogenului pe zinc este ridicat; ns, datorit suprafeei reale mari a electrodului poros din zinc, viteza total de coroziune atinge valori nsemnate. Coroziunea electrodului negativ depinde i de puritatea zincului, dat de prezena unor adaosuri mici de fier, cupru, mangan. Acest proces poate fi sensibil redus prin utilizarea unei soluii concentrate de electrolit (4045 %) i prin amalgamarea cu cantiti mici de oxid de mercur (24 %). De asemenea, electrodul pozitiv din oxid de argint i modific treptat structura; deoarece conine, pe lng amestecul de oxizi de argint, i o cantitate oarecare de argint metalic, sunt posibile urmtoarele reacii: Ag + AgO Ag2O 2AgO Ag2O + O2 Ca rezultat al acestor reacii, oxidul argintului bivalent trece n oxid monovalent, fr s se modifice cantitatea total de oxigen din electrod; astfel, reacia nu micoreaz capacitatea electrodului. Datorit reaciilor crete cantitatea de oxid slab conductor electric, ceea ce determin scderea tensiunii mai brusc la nceputul descrcrii. Tensiunea atinge valoarea normal dup un anumit timp, cnd cantitatea de argint rezultat din descrcarea electrodului este suficient. Temperatura influeneaz autodescrcarea. Prin pstrare la temperatura camerei, acumulatorul pierde aproximativ 515 % din capacitatea sa ntr-o lun; n aceste condiii, acesta poate fi folosit dup 3 luni de pstrare la mai mult dect jumtate din valoarea capacitii sale iniiale. Temperatura optim de depozitare se consider a fi cuprins ntre -5C i 0C. Separatorul i durata de funcionare Rolul separatorului, care se gsete ntre electrozii pozitivi i negativi, este acela de a evita scurtcircuitarea electrozilor de semn contrar. Uneori, apariia scurtcircuitelor este legat i de posibilitatea formrii de puni de legtur

10

din zinc ntre electrozi. Electrodepunerea zincului din soluii alcaline conduce la formarea depozitelor dendritice cu aspect de burete, care umple spaiul dintre electrozi. Separatorul desparte mecanic buretele din zinc de electrodul pozitiv i mpiedic formarea punilor de legtur ntre electrozi. Condiiile pe care trebuie s le ndeplineasc separatorul sunt legate de urmtoarele aspecte: conductibilitate ionic bun n soluia de electrolit n vederea trecerii curentului electric; o structur compact, fr pori i fr defecte mecanice, pentru a mpiedica trecerea dendritelor din zinc prin material; capacitatea de a se gonfla n soluia de electrolit, adic s permit ptrunderea n spaiile intramoleculare. Peliculele separatoare care conin cristale se micoreaz n timp ca rezultat al aciunii chimice a soluiei alcaline de zincat i a oxidanilor (oxigenul, oxidul de argint). Materialul cel mai des folosit este hidratul de celuloz, care-i schimb treptat structura i i pierde proprietile protectoare iniiale. Distrugerea chimic treptat a peliculei separatoare este cauza principal care limiteaz durata de funcionare. Pstrarea n stare ncrcat accelereaz distrugerea peliculei separatoare i reduce durata de funcionare, ca urmare a aciunii distructive a oxizilor de argint colidali, care trec n soluie de la electrodul pozitiv.

5. Sistemele reversibile alcaline argint - cadmiuAcest tip de sisteme secundare alcaline este o asociere ntre catodul sistemului Ag Zn i anodul sistemului Ni Cd, reprezentnd o soluie la eforturile depuse de cercettori pentru realizarea unui acumulator de energie specific ridicat i durat de funcionare superioar. Dei prezint costuri mai ridicate dect sistemele omoloage Ag Zn, elementele reversibile Ag Cd au fost solicitate i n aplicaii de larg consum, atunci cnd este necesar o energie specific mai mare dect poate asigura cuplul Ni Cd, o durat lung de funcionare i fiabilitate superioar celei furnizate de sistemul Ag Zn.

11

Procesele electrochimice de celul Lanul electrochimic al acumulatorilor argint cadmiu este urmtorul: (+) Ag2O | KOH | Cd () Reaciile individuale se desfoar la anod similar cu sistemul Ni Cd, iar la catod similar cu sistemul Ag Zn, rezultnd: AgO + Cd + H2O Ag2O + Cd(OH)2 Ag2O + Cd + H2O 2Ag + Cd (OH)2 Potenialul electrodului pozitiv prezint dou trepte, i anume + 0,607 V n stare complet ncrcat (AgO) i + 0,345 V pentru ncrcare incomplet (Ag2O). Deoarece se utilizeaz soluii mai concentrate de electrolit (35 40 % KOH), n reacia de descrcare a electrodului negativ se formeaz preponderent CdO n loc de Cd(OH)2. Potenialul electrodului negativ n stare ncrcat fiind 0,809 V, rezult c tensiunea elementului pentru palierul superior este de 1,416 V, iar pentru cel inferior de 1,149 V. Tensiunea medie pentru o descrcare complet se consider 1,265 V. Fa de aceast valoare i de masa activ angajat pentru 1Ah, rezult o energie specific de 267 Wh/kg. Caracteristicile electrice specifice Tensiunea, ca i la sistemul alcalin omolog Ag Zn, prezint dou trepte n procesul de descrcare, ns la un nivel sensibil inferior: Tipul de sistem secundar Tensiune nominala, V Treapta superioara Treapta inferioara Argint zinc 1.85-1.89 1.55-1.60 Argint - cadmiu 1.41 1.15 Platoul de tensiune constant variaz n jurul valorii de 1 V, mai ridicat pentru regimurile 12

lente (1,1 V) i mai redus pentru cele rapide (0,98 1 V). Acest palier variaz cu temperatura n limite foarte strnse, mai ales pn la 20C. Aceste sisteme reversibile au o bun stabilitate funcional n limite largi de temperatur. Se recomand ns utilizarea lui ntre limitele 35C i +75C. La temperaturi mai reduse se folosesc nclzitoare ncorporate. Rezistena intern a acestor elemente este aproape cu un ordin de mrime mai mare dect cea a elementelor din sistemul Ag Zn. Din aceast cauz, chiar la procese rapide, regimul de descrcare este limitat deoarece, pe msur ce se reduce AgO, catodul i mrete conductivitatea i rezistena, deci se reduce n msura n care crete componenta de polarizare. Valoarea rezistenei este cuprins n limita 0,1 0,4 . Rezistena intern a unui element de o anumit capacitate (10Ah) capt valori ntre 0,01 i 0,04 . Autodescrcarea Autodescrcarea elementelor reversibile Ag Cd este mai redus dect cea a elementelor Ag Zn, pe tot parcursul duratei de funcionare, datorit stabilitii chimice mai ridicate a electrodului de Cd n raport cu electrodul de Zn. n condiii normale de temperatur, pierderea capacitii n timpul conservrii n stare ncrcat este de 1525 % n decursul unui an, respectiv 12 % pe lun. Valoarea autodescrcrii crete cu temperatura. Dac n condiii normale (20C), la nivelul unui an, pierderea capacitii prin autodescrcare este de 25 %, la o temperatur de 50C, aceeai pierdere se realizeaz dup dou luni, iar la 70C dup numai o lun. Separatorul i durata de funcionare Fa de acumulatorul Ag Zn, durata de funcionare este mai mare, ceea ce compenseaz caracteristicile electrice mai slabe. Durata de funcionare, exprimat n numr de cicluri, se situeaz ntre 400 i 700; la descrcri superficiale, care nu depesc 50 %, numrul ciclurilor este mai mare dect 2000. Regimul funcional i temperatura afecteaz numrul de cicluri funcionale. Utilizarea acumulatorului la temperaturi mai mici de 40C i poate conferi o durat de via de peste 3 ani, mai ales n cazul descrcrilor pariale. Durata de funcionare este adeseori limitat prin degradarea separatorului de ctre argintul coloidal dizolvat n electrolit. Un separator cu proprieti de membran semipermeabil i cu o bun rezisten chimic poate contribui la o cretere semnificativ a duratei de via. Avantaje Acumulatorul alcalin are urmatoarele avantaje : - durata de serviciu mare - etansietate si rezistenta la socuri mecanice mare - are densitate energetica superioara Aceste acumulatoare au tensiunea pe element cuprinsa intre 1,3 - 1,5 V iar descarcarea se face pana la limita de 1V. Avantajele acumulatorilor alcalini se refer la posibilitile lor de manevrare i de ntreinere uoar. Ei se utilizeaz pentru alimentarea cu energie a aparaturii electrice i electrocasnice, mass-media, iluminat i pentru vehicule mici.Numeroase alte tipuri de acumulatori alcalini au fost brevetai: acumulatori Ag - Zn, Zn - Ni, Cu - Zn, Cu - Ni. Aceti acumulatori permit ns un numr mic de cicluri de ncrcare - descrcare (zeci), i au utilizri limitate.

Utilizarea acumulatoarelor.

13

- in instalatii fixe - ca baterii de rezerva pentru : iluminatul de siguranta ; iluminat si comanda in instalatiile unde alimentarea cu energie trebuie asigurata continuu ( spitale , centarle telefonice , centrale electrice , centrale CFR , camere de comanda , etc. ) - in instalatii mobile - autovehicule ( pentru demaraj si iluminat ) ; vagoane de calatori , avioane , vapoare , submarine ( iluminat de siguranta) ; lampi portabile ; aparate portabile ; electrocare si electrostivuitoare ; microcalculatoare , ceasuri electrice , etc .

14

6. Bibliografie1. 2. 3. 4. 5. http://chimiegenerala.3x.ro/Capitolul5/Curs/c5_7.htm L. Oniciu si E. Constantinescu, Electrochimie si coroziune,EDP,Bucuresti,1982 Oniciu si E.M. Rus, Surse electrochimice de putere,Ed. Dacia,Cluj Napoca,1987 http://facultate.regielive.ro/referate/chimie-generala/acumulatoare-alcaline-19198.html http://www.e-acumulatori.ro/baterii-alcaline

15