Реферат на тему Винайдення акумулятора - Хімія - Реферати - Каталог статей

Реферат на тему Винайдення акумулятора. Відкриття акумуляторного ефекту відноситься до одного з найважливіших відкриттів в галузі електротехніки. Досить часто виникає потреба живити електричні прилади або механізми в такому місці, де немає джерел живлення Довший час для таких цілей використовували гальванічну батарею, але вона була дуже слабким, дорогим і досить громістким джерелом струму. В 1802 році Ріттер відкрив, що мідні пластини, які опущенні в кислоту і з’єднанні з гальванічною батареєю, заряджаються і їх потім можна на протязі короткого часу використовувати, як постійне джерело струму. В 1854 році німецький воєнний лікар Вільгельм Зінстеден спостерігав наступний ефект: при пропусканні струму через свинцеві електроди, які були занурені в сірчану кислоту, позитивний електрод покривався двоокисом свинцю, в той час як негативний електрод не піддавався ніяким змінам. Якщо в такому елементі робили коротке замикання, припинивши пропускати через нього струм від постійного джерела, котрий знаходився до тих пір поки двоокис свинцю не розчинявся в кислоті. Таким чином, Зінстеден впритул наблизився до створення акумулятора, але він не зробив ніяких практичних висновків з свого спостереження. Тільки п’ять років пізніше, французький інженер Гастон Планте випадково зробив те саме відкриття і зробив перший в історії акумулятор. Таким чином було почато століття акумуляторної техніки. Акумулятор Планте складався з двох однакових свинцевих пластин, які були намотані на дерев’яний циліндр. Один від одного вони відділялись тканинною прокладкою. Таким чином прилад поміщали в ємність з підкисленою водою і з’єднювали із електричною батареєю. Через кілька годин, відключивши батарею, можна було забирати з акумулятора струм, який зберігав протягом тривалого часу своє значення. Яким чином ж пояснити процеси, які проходять в акумуляторі? Як і в гальванічному елементі, електричний струм тут – результат хімічної реакції, яка може протікати багаторазово в обидві сторони. Припустимо, що ми розпочинаємо зарядку акумулятора, який розрядився, приєднавши його до джерела постійного струму. Зазвичай заряджена маса позитивної свинцевої пластини містить в собі залишки попереднього циклу – тільки окис свинцю PbO і сірчанокислий свинець PbSO4 , а негативна тільки окис свинцю PbO. Під дією електричного струму електроліт – підкислена вода – починає розкладатися: на позитивному електроді виділяється кисень, котрий окислює окис свинцю і солянокислий свинець до перекису PbO2, а на негативній пластині виділяється водень. Останній зєднюється з киснем окису, утворюючи металічний свинець і воду. Потім газ починає накопичуватися в порах свинцевої пластини. Якщо заряджденний акумулятор включити в мережу, то струм, який проходив через акумулятор під час зарядки, змінює свій напрямок. В результаті чого на тій пластині, де раніше виділявся кисень, починає виділятися водень, який вступає в реакцію з киснем перекису свинцю. На другій пластині проходить виділення кисню. Сірчана кислота із рідини переходить в позитивний електрод і знову утворює сірчанокислий свинець, тоді як водень і свинець на негативній пластині окислюється, перший - у воду, другий – в окис свинцю. В спрощеному вигляді хімічна реакція розрядки має вигляд: Pbo2 + Pb + 2H2SO4 = 2 PbSO4 + 2H2O При зарядці явища йдуть в протилежну сторону. Ця реакція супроводжується виділенням електричного струму до тих пір, поки кількість окису свинцю на двох пластинах буде однаковою. Та ж реакція проходить при розімкнутому акумуляторі, але повільніше. При зарядці (внаслідок виділення кислотного залишку в розчин) звільнена маса рідини в акумуляторі збільшується, а при розрядці - зменшується (оскільки при розрядці сірчана кислота зєднюється з окисом свинцю і утворює на електроді сірчанокислий свинець). Під час розрядки енергія хімічних реакцій перетворюється в електричну, а під час зарядки навпаки. Істотним недоліком акумулятора Планте була його невелика ємність – він швидко розряджався. Пізніше Планте зауважив, що ємність можна збільшити спеціальною підготовкою свинцевих пластин, які повинні бути по можливості більш пористими. Щоб добитися цього Планте розряджав заряджений акумулятор, а потім через нього знов пропускав струм, але вже в протилежному напрямі. Цей процес формування пластин продовжувався багато разів протягом 500 годин і мав за мету збільшити на обох пластинах сплой окису свинцю. До тих пір поки не була винайдена динамо-машина, акумулятори не мали для електротехніків ніякого інтересу, але коли появилась можливість легко і швидко заряджати їх за допомогою генератора, акумулятори дістали широке розповсюдження. В 1882 році Камілл Фор значно удосконалив техніку виготовлення акумуляторних пластин. Якщо акумулятор Планте починав добре роботи лиш після багаточисельної зарядки і розрядки, в акумуляторі Фора формування пластин відбувалося значно швидше. Суть удосконалення Фора полягала в тому, що він придумав покривати кожну пластину суриком або іншим окисом свинцю. При зарядці шар речовини на одній із пластин перетворювався в перекис, тоді як на другій пластині внаслідок реакції получалась низька ступінь окису. Під час цих процесів на обох пластинах утворювався шар окисів із пористою будовою, що спричиняло скупчення газів, які виділяються на електродах. Щоб маса окисів, яка утворилася на пластинах не відвалювалась їх покривали тканиною. Акумулятор Флора не тільки заряджався скоріше акумулятора Планте, але мав значно більшу ємність і міг давати більший струм. Він складався з паралельних свинцевих пластин, які розміщенні на малій відстані одна від одної і з’єднані через одну, так щоб кожний електрод одного знаку вміщувався між двома електродами протилежного знаку. На винахід Фора звернули увагу електротехніки. Німецький банкір Фолькмар, котрий взявся за виробництво акумуляторів Фора, в подальшому вдосконалив їх. В попередніх акумуляторах, як вже говорилось, шар окису погано тримався на решітці і легко відвалювався. Це було серйозним недоліком конструкції, оскільки мішало застосовувати акумулятори в транспорті. Щоб виправити цей недолік Фолькмар запропонував робити свинцеві пластини не суцільними, а у вигляді решіток, отвори яких набивали губчатим свинцем. На таких решітках активна маса не просто налипала до свинцю, а міцно трималась в клітинках. На початку ХХ століття вдосконаленням акумулятора зайнявся Едісон, котрий захотів його зробити більш приспособленим до транспорту. В зв’язку з поставленою задачею потрібно було зменшити масу акумулятора, збільшити ємність, звільнитися від отруйного свинцю і їдкої сірчаної кислоти, яка швидко роз’їдала свинцеві пластини, після чого їх потрібно було міняти. Зазвичай Едісон прийнявся до роботи з великим розмахом: він створив спеціальну лабораторію з великим штатом спеціалістів-хіміків і доручив їм провести досліди по всім перерахованим напрямкам. По суті мова йшла про створення нового типу акумулятора, в якому електролітом був луг, а негативним електродом – подрібнене залізо з домішками. Тривалий період не можна вибрати матеріал для позитивного електрода. Тому що хімічні процеси в лужному акумуляторі були досить складні і незрозумілі. В експериментальних моделях позитивний електрод робили із вугілля, пори якого заповнювали різними матеріалами, але вони не давали бажаного результату. Наприкінці роботи зупинилися на нікелю, який найбільше підходив для роботи. Так Едісон прийшов до залізо-нікелевому акумулятору з електролітом у вигляді їдкого калію. Хімічна реакція, яка проходила при розрядці в лужному акумуляторі в спрощеному вигляді можна описати рівнянням: 2NiOOH + Fe + 2H2O = 2Ni (OH)2 + Fe (OH)2 Було виготовлено кілька акумуляторів для багатосторонніх дослідів, але дослідники зазнали невдачі – ємність акумулятора була малою. Едісон зауважив, що чистота матеріалу має велике значення для збільшення ємності. Він замовив для дослідів канадський нікель вищого сорту, після чого ємність акумулятора зросла у три рази. Ємність акумулятора була в 2,5 рази більшою ніж свинцевий. Едісон стверджував, що це самий великий прогрес в акумуляторній техніці . В подальшому досліди були настільки успішними, що в 1903 році Едісон вирішив розпочати промислове виготовлення своїх акумуляторів на спеціально створеному заводі. Але перші лужні акумулятори, які поступили в продаж виявилися недосконалими: вони погано тримали потрібну величину напруги, час від часу текли і мали багато інших дефектів. Едісон залишив завод і розпочав удосконалення свого винаходу. Не дивлячись на невдачі він продовжував вірити в успіх своєї справи. Закінчення винаходу було доручено кільком групам: одна група робила над вдосконаленням зварювання акумуляторних посудин, друга – займалася нікелем і присадками до нього. До 1905 року було проведено близько 10000 дослідів, а в 1910 році вдосконалений акумулятор поступив у виробництво. В перший рік було виготовлено продукції на 1000000 доларів. З часом перший портативний акумулятор знайшов широке застосування в транспорті, на електростанціях, на невеликих човнах і на підводних човнах.
1 2 3 4 5 Категория: Хімія \| Добавил: Aspirant (03.05.2013)
Просмотров: 618 \| Рейтинг: 0.0/0

Всего комментариев: 0


Имя *:
Email *:

Код *: