Цинк-хлорный и цинк-бромный аккумуляторы
Эти аккумуляторы появились в связи с трудностями, обусловленными использованием кислородного электрода.
В цинк-хлорном аккумуляторе происходит следующая электрохимическая реакция:
Спецификой аккумулятора этого типа является хранение хлора в виде хлоргидрата (С12-6Н20), который кристаллизуется при температуре +9 °С и представляет собой ярко-желтые ледооб-разные кристаллы с плотностью 0,5 кг/дм3. В качестве электролита используется 20-30 %-ный водный раствор хлорида цинка.
При заряде на цинковом электроде восстанавливается цинк в виде плотного беспористого осадка с выходом по току 99 %. Выделяющийся на противоэлектроде хлор растворяется в электролите и удаляется в специальный холодильный бункер, где при температуре ниже 9 °С выпадает хлоргидрат, и хранится до начала разряда. При разряде хлоргидрат закачивается в теплообменник, где происходит дегидратация с выделением хлора в раствор, который подается к хлорному электроду. Ввиду высокой растворимости хлора хлорный электрод работает как жидкостный, с доставкой реагентов по жидкой фазе. Это исключает многие проблемы (необходимость гидрофобизации, сложность отвода продуктов), свойственные газовому кислородному электроду. Так как на заряде цинковый электрод работает с принудительной подачей электролита и, следовательно, ионов цинка к электроду, то исключается образование дендритов, а значит, и коротких замыканий. Для устранения разбаланса, приводящего к понижению концентрации цинковых ионов в электролите, рекомендовано периодически подвергать цинковый электрод глубокому разряду.
Достигнутая удельная энергия составляет 70 Вт-ч/кг при удельной мощности 70 Вт/кг. Имеются данные о наработке до 1000 циклов с корректировкой состава электролита. Цинк-хлорная система была испытана в
Цинк-бромная электрохимическая система также является комбинированным вариантом, в котором один из электродов (цинк) представляет собой обратимый аккумуляторный электрод, а второй - электрод топливного элемента с жидким реагентом.
Электрохимическая реакция при токообразовании имеет вид:
Цинк в процессе заряда осаждается на графитовую матрицу в виде плотного беспористого осадка так же, как и при работе цинк-хлорного элемента. Ионы брома окисляются до элементарного брома на графитовом противоэлектроде с развитой поверхностью. Элементарный бром в растворе образует трех- и пентабромные комплексы с ионами брома:
При разряде происходит окисление цинка и восстановление брома до бромид-ионов. Если аккумулятор цинк-хлорной системы работает без сепаратора, то в цинк-бромном аккумуляторе вопрос отделения брома от цинкового электрода является ключевым. С этой целью применяются пористые сепараторы, ионообменные мембраны и гелеобразные электролиты. Однако самые изощренные способы разделения позволяют снизить потерю емкости до 50 % за 50 ч хранения. Имеются предложения хранить бром отдельно или в соединении с тетрабутиламмонием в изолированных резервуарах и по мере разряда подавать бром к положительному электроду. Однако этот вариант (как и в случае использования цинк-хлорного аккумулятора) сильно усложняет конструкцию и эксплуатацию в подвижных автономных системах.
Достигнутая удельная энергия цинк-бромного аккумулятора составляет 60 Вт ч/кг при удельной мощности 12 Вт/кг. Срок службы ограничен процессами дендритообразования и механического осыпания (при выделении водорода) на цинковом электроде. В связи с этим существует большой разрыв между данными по ресурсу аккумуляторов больших и малых номиналов. Так, для номинала 2,5 Ач получено 2000 заряд-разрядных циклов, в то время как аккумулятор емкостью 35 Ач имеет срок службы более 600 циклов.
В настоящее время работы над цинк-хлорным и цинк-бромным аккумуляторами продолжаются в направлении использования этих оригинальных систем для выравнивания нагрузки на электрических станциях.
Ввиду необходимости создания довольно сложной системы регулирования, токсичности хлора и брома, необходимости хранить хлор вне реакционной зоны до момента разряда маловероятно, что цинк-хлорные и цинк-бромные аккумуляторы будут применены в электромобиле.
Комментарии
Отправить комментарий