Historia elektrochemii

Transkrypt

1 Historia elektrochemii Luigi Galvani (1791): elektryczność zwierzęca

2 Od żab do ogniw Alessandro Volta (około 1800r): weryfikacja doświadczeń Galvaniego Umieszczenie dwóch różnych metali w ciele żaby może wywołać przepływ prądu elektrycznego.

3 Od żab do ogniw Alessandro Volta (około 1800r): weryfikacja doświadczeń Galvaniego Umieszczenie dwóch różnych metali w ciele żaby może wywołać przepływ prądu elektrycznego.

4 Od żab do ogniw Alessandro Volta (około 1800r): weryfikacja doświadczeń Galvaniego Umieszczenie dwóch różnych metali w elektrolicie może wywołać przepływ prądu elektrycznego. Stos Volty płytki cynkowe i srebrowe, lub cynkowe i miedziane, zanurzone w roztworze soli.

5 Ogniwo elektrochemiczne Anoda (-) Katoda (+) utlenianie redukcja

6 Bateria z Bagdadu Bateria z Bagdadu 250 p.n.e. Żelazo Fe Miedź Cu Ocet winny

7 Szereg napięciowy

8 Szereg napięciowy Pierwiastki położone z lewej strony układu chętnie oddają elektrony

9 Ogniwa elektrochemiczne

10 Pokrycia galwaniczne

11 Bateria wielokrotnego ładowania Akumulator kwasowo-ołowiowy Anoda - utlenianie Katoda- redukcja Siarczan ołowiu IV

12 Parametry ogniwa i ich opis Napięcie na zaciskach ogniwa otwartego jest wyższe niż napięcie ogniwa pod obciążeniem. Różnica jest powodowana spadkiem napięcia na oporze wewnętrznym ogniwa. Połączenie szeregowe ogniw pozwala uzyskać wyższe napięcie. Połączenie równoległe pozwala uzyskać wyższe natężenie prądu przy stałym napięciu.

13 Elektrolity stałe

14 Transport jonów w elektrolitach: szkła or

15 Transport jonów w elektrolitach: szkła or

16 Transport jonów w elektrolitach: szkła or

17 Transport jonów w elektrolitach: szkła or

18 Transport jonów w elektrolitach: szkła or

19 Transport jonów w elektrolitach: szkła or

20 Transport jonów w elektrolitach: szkła or

21 Transport jonów w elektrolitach: szkła or

22 Transport jonów w elektrolitach: szkła or

23 Przewodność elektrolitów stałych σ = σ e 0 E k T B Proces aktywowany termicznie: Równanie Arrheniusa

24 Elektrolity polimerowe Sól jako dodatek do polimeru: Oddziaływania jonów z matrycą polimerową pozwalają na dysocjację soli. Z matrycą oddziałują głównie jony (np. litu, sodu). Polimer jako dodatek do soli: Łańcuchy polimeru zapobiegają krystalizacji soli, utrzymując ją w wysokoprzewodzącym stanie amorficznym.

25 Przewodność elektrolitów polimerowych W elektrolitach polimerowych o niewielkim stężeniu soli transport jonów jest wspomagany przez ruchy łańcucha polimeru. Im wyższa temperatura, tym większa tzw. objętość swobodna. Obniżenie temperatury prowadzi do zamrażania ruchów łańcucha polimeru. Krystalizacja również utrudnia transport jonów. Vogel-Tammann-Fulcher (VTF)

26 Przewodność elektrolitów polimerowych

27 Wymagania użytkowe baterii

28 Ogniwa typu Li-ion Baterie wielokrotnego ładowania Korzystny stosunek zgromadzonej energii elektrycznej do masy Brak efektu pamięci Możliwość ładowania obciążonej baterii Niewielki efekt samorozładowania (5% miesięcznie w porównaniu z 20% dla NiCd) Niezależnie od ilości cykli ładowania/rozładowania występuje degradacja starzeniowa Efekt degradacji występuje w przypadku całkowitego rozładowania, jak i długiego przechowywania baterii całkowicie naładowanej Lit jest silnie reaktywny, co stwarza zagrożenie w przypadku uszkodzenia

29 Baterie typu Li-ion

30 Baterie typu Li-ion Potencjał w odniesieniu do litu gęstość energii

31 Budowa baterii Li-ion

32 Baterie Li-ion z elektrolitem polimerowym Anoda: Lit metaliczny bądź materiał interkalowany Katoda: LiCoO 2 lub LiMn 2 O 4 Elektrolit:Sól zdysocjowana w matrycy polimerowej, elektrolit żelowy lub polimer w soli Źródło: strona internetowa SONY Bezpieczeństwo pracy i możliwość uzyskania dowolnych kształtów baterii Baterie w postaci rolki folii (3M) Baterie Li-ion o czasie ładowania rzędu 3 minut (Toshiba, marzec 2005)

33 Baterie Li-ion z elektrolitem polimerowym [Sony corporation] [NASA]

34 Zastosowania

35 Ogniwo słoneczne i bateria litowa European Polymer Solar Battery

36 Samochody elektryczne

37 Samochody elektryczne Eliica: -prędkość maksymalna 370 km/h -zasięg 200 km -moc 640 KM Camille Jenatzy La Jamais Contente 1899 r. rekord 100 km/h

38 Samochody hybrydowe

39 Telefony komórkowe

40 Użytkowanie baterii Li-ion