Миниатюрные источники энергии

Miniature energy sources

Victor Alexandrov

the candidate of the military. Sciences, associate Professor in the Department of electrical and radiotelephonic, associate Professor of Tyumen higher military engineering command school, Russia, Tyumen

Isil Salikhov

lecturer of the Department of electrical and radiotelephonic Tyumen higher military engineering command school, Russia, Tyumen

Viktor Yudin

lecturer of the Department of electrical and radiotelephonic Tyumen higher military engineering command school, Russia, Tyumen

Аннотация. В данной статье рассмотрены характерные особенности серебряно-цинковых элементов, их достоинства, конструктивные особенности. Особое внимание в статье уделяется рассмотрению вариантов конструкций серебряно-цинковых элементов и их преимуществам.

Abstract. In this article, the characteristic features of silver-zinc elements, their dignity, design features are considered. Particular attention is paid in this article to the consideration of variants of the designs of silver-zinc elements and their advantages.

Ключевые слова: серебряно-цинковый элемент; саморазряд; электрод; секция; полюсные выводы.

Keywords: silver-zinc element; self-discharge; electrode; section; pole terminals.

Электрохимическая система  Zn | KOH | АgO реализована в источниках трех типов:

·     в серебряно-цинковых аккумуляторах;

·     в серебряно-цинковых ампульных батареях;

·     в герметичных серебряно-цинковых (СЦ) элементах.

Создание первичного серебряно-цинкового элемента стало важным вкладом в разработку миниатюрных источников энергии.

Достоинства СЦ элементов в сравнении с МЦ элементами:

·     более стабильная разрядная характеристика;

·     значительно больший срок хранения;

·     высокий удельный уровень энергии.

Достоинства СЦ элементов в сравнении с РЦ элементами:

·     более высокое напряжение (СЦ элементы: U =1,5 В, Е = 1,6 В; РЦ элементы: U =1,3 В, Е = 1,36 В);

·     плоские разрядные характеристики;

·     хорошо работают при низких температурах;

·     менее чувствительны к повышению токовой нагрузки.

Конструкция дискового серебряно-цинкового элемента (рис. 1) имеет некоторые особенности.

Рисунок 1. Устройство дискового серебряно-цинкового элемента: 1-активная масса отрицательного электрода;2-крышка; 3-прокладка; 4-активная масса положительного электрода; 5-корпус; 6-сепаратор

Пастированный анод 1 из цинкового порошка с добавлением ртути запрессован в стальную позолоченную с обеих сторон крышку 2; возможно применение трех металлов: никель – сталь - медь. Активная масса катода 4 на основе серебра с электропроводящей добавкой графита запрессована в стальной никелированный корпус 5. Сепаратор 6 состоит из нескольких слоев гидроцеллюлозной пленки или другого материала, набухающего в щелочном электролите. Для исключения течи электролита из элемента большое значение имеет герметизация корпуса путем создания расклинивающего эффекта в зоне уплотнения корпуса с крышкой с помощью фигурной прокладки-изолятора 3 из нейлона или другого материала, обладающего высокой упругостью и хорошей хладотекучестью.

Герметизацию корпуса элемента проводят в два приема. Сначала после сборки элемента производят радиальное обжатие по периметру корпуса по направлению стрелки А, затем следует завальцовка края корпуса по направлению стрелки Б. В результате, площадь уплотнения заметно увеличивается, а эффективность герметизации существенно выше, чем у МЦ, РЦ и других щелочных гальванических элементов.

Саморазряд СЦ элементов не превышает 10 % в год при t = 20⁰С. СЦ элементы могут храниться без существенного ухудшения свойств до 2-х лет, а в загерметизированной неактивной атмосфере их можно хранить до пяти лет.

Используются:

· в народном хозяйстве: фотокиноаппаратура, измерительные приборы, кварцевые часы, микрокалькуляторы;

· в военном деле: инженерные боеприпасы, приборы ночного видения, радиоприемная и передающая аппаратура, технические средства охраны и др.

Воздушно-цинковые элементы.

Воздушно-цинковые (ВЦ) элементы отличаются от других элементов с цинковым анодом конструкцией положительного электрода. Активным веществом положительного электрода служит кислород воздуха, который при разряде восстанавливается до отрицательных ионов гидроксильной группы ОН.

Достоинства ВЦ элементов:

·     большая удельная энергия по массе (более 220 Вт·ч/кг);

·     способны отдавать большие токи в течение длительных промежутков времени;

·     напряжение в течение всего периода разряда элемента остается постоянным;

·     в импульсном режиме ВЦ элементы способны отдавать токи, превышающие номинальные в 10 раз.

Разновидностью ВЦ элементов являются воздушно-марганцево-цинковые (ВМЦ) элементы, в состав которых введен MnO₂.

Представителем ВМЦ элементов является элемент чашечной конструкции батареи «Крона ВЦ» (рис. 2).

Рисунок 2. Устройство ВМЦ элемента батареи «Крона»: 1-корпус; 2-наружный слой положительного электрода; 3-внутренний слой положительного электрода; 4-электролит; 5-активная масса отрицательного электрода; 6-токоотвод; 7-эпоксидная композиция

Электроды размещены в поливинилхлоридном корпусе 1, выполненном в виде плоской коробки. Нижняя часть корпуса заполнена активной цинковой массой 5, содержащей 1 % оксида ртути.

Положительный электрод имеет вид плоской двухслойной таблетки, армированной стальной сеткой. Активная масса электрода содержит 50 % древесно-угольной пыли, 30% двуокиси марганца MnO₂ и 20 % ацетиленовой сажи. Древесно-угольная пыль обладает электрокаталитическими свойствами; сажа, благодаря высокой влагоемкости, препятствует высыханию активной массы. В наружный слой электрода 2 введен гидрофабизатор (парафин), внутренний слой 3 гидрофилен. Электроды разделены слоем загущенного электролита 4, в составе которого раствор щелочи КОН и загуститель (крахмал и пшеничная мука). Сквозь дно корпуса проходит спиральный токоотвод 6 отрицательного электрода, жестко зафиксированный с помощью эпоксидной герметизирующей композиции 7. Элементы собраны в батарею таким образом, что токоотвод одного прижат к положительному электроду соседнего, а все семь образуют секцию. Секция помещена в металлический или пластмассовый корпус с полюсными выводами на крышке, к которым подведены токоотводы от крайних элементов. В крышке имеется отверстие, через которое кислород поступает внутрь батареи. В период хранения батарея изолирована от окружающей среды полиэтиленовым чехлом.

ВЦ элементы способны выдерживать до 100 разрядных циклов.