Możliwości ograniczenia korozji stopów ołowiu w akumulatorze kwasowo-ołowiowym poprzez zastosowanie dodatku cieczy jonowych

Podobne dokumenty
BUDOWA BATERII ołowiowo-kwasowych

Metody badań składu chemicznego

Okres realizacji projektu: r r.

Elektrochemia - szereg elektrochemiczny metali. Zadania

Elementy Elektrochemii

Obwody prądu stałego. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W12)Kwalifikacyjnego kursu zawodowego.

Pytania przykładowe na kolokwium zaliczeniowe z Podstaw Elektrochemii i Korozji

Epoka kamienia łupanego nie skończyła się z powodu braku kamienia

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Możliwości magazynowania energii elektrycznej z OZE

Ćwiczenie 2: Elektrochemiczny pomiar szybkości korozji metali. Wpływ inhibitorów korozji

Katedra Inżynierii Materiałowej

Ogniwa galwaniczne. Elektrolizery. Rafinacja. Elektroosadzanie.

Historia elektrochemii

LABORATORIUM KOROZJI MATERIAŁÓW PROTETYCZNYCH

Przetwarzanie energii: kondensatory

Ćwiczenie 1: Wyznaczanie warunków odporności, korozji i pasywności metali

Budowa i zasada działania akumulatora

POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA INSTYTUT INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ ZAKŁAD METALOZNAWSTWA I ODLEWNICTWA

ODPORNOŚĆ KOROZYJNA STALI 316L W PŁYNACH USTROJOWYCH CZŁOWIEKA

Badania elektrochemiczne. Analiza krzywych potencjodynamicznych.

Nowa generacja urządzenia do kontroli baterii VRLA telekomunikacyjnych systemów zasilających

Ć W I C Z E N I E 6. Nadnapięcie wydzielania wodoru na metalach

Badanie utleniania kwasu mrówkowego na stopach trójskładnikowych Pt-Rh-Pd

Przetwarzanie energii: kondensatory

Podstawy elektrochemii

Kompozytowy akumulator kwasowy (KLAB)

Podstawy elektrochemii i korozji Ćwiczenie 5. Korozja. Diagramy Pourbaix. Krzywe polaryzacyjne. Wyznaczanie parametrów procesów korozji.

a) Sole kwasu chlorowodorowego (solnego) to... b) Sole kwasu siarkowego (VI) to... c) Sole kwasu azotowego (V) to... d) Sole kwasu węglowego to...

Problemy elektrochemii w inżynierii materiałowej

Karta pracy III/1a Elektrochemia: ogniwa galwaniczne

Opracowała: mgr inż. Ewelina Nowak

PODSTAWY KOROZJI ELEKTROCHEMICZNEJ

LABORATORIUM SPEKTRALNEJ ANALIZY CHEMICZNEJ (L-6)

Podstawy elektrochemii i korozji

Fragmenty Działu 8 z Tomu 1 PODSTAWY ELEKTROCHEMII

ELEKTRODY i OGNIWA. Elektrody I rodzaju - elektrody odwracalne wzgl dem kationu; metal zanurzony w elektrolicie zawieraj cym jony tego metalu.

11002/ Instytut Nowych Syntez Chemicznych Puławy. Budowa i wyposażenie Centrum Badawczego Nawozów

Chemia I Semestr I (1 )

1. WPROWADZENIE NORMY I DOKUMENTY ZWIĄZANE Normy Ustawy i rozporządzenia Inne dokumenty DEFINICJE...

TŻ Wykład 9-10 I 2018

Wyższa Szkoła Inżynierii Dentystycznej w Ustroniu

KARTA KATALOGOWA PzS

III Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2010/2011. ETAP I r. Godz Zadanie 1

KARTA KATALOGOWA PzB

KARTA KATALOGOWA PzB

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 274

(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

Ćwiczenie 2. Charakteryzacja niskotemperaturowego czujnika tlenu. (na prawach rękopisu)

Elektrochemia elektroliza. Wykład z Chemii Fizycznej str. 4.3 / 1

KLASYFIKACJI I BUDOWY STATKÓW MORSKICH

LABORATORIUM FIZYKI PAŃSTWOWEJ WYŻSZEJ SZKOŁY ZAWODOWEJ W NYSIE. Ćwiczenie nr 2 Temat: Wyznaczenie współczynnika elektrochemicznego i stałej Faradaya.

Schemat ogniwa:... Równanie reakcji:...

Podstawowe pojęcia 1

Scenariusz lekcji z podstaw elektrotechniki i elektroniki prowadzonej w klasie I zasadniczej szkoły zawodowej w zawodzie monter elektronik

HAZE BATTERY Company Ltd. Akumulatory ołowiowo kwasowe monobloki szczelne AGM 15 letnie monobloki 2V. seria HZB-AGM

PL B1. Uniwersytet Śląski w Katowicach,Katowice,PL BUP 20/05. Andrzej Posmyk,Katowice,PL WUP 11/09 RZECZPOSPOLITA POLSKA

ĆWICZENIE: Wpływ przewodnictwa elektrycznego roztworu na promień działania protektora

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie charakterystyki prądowo- napięciowej elektrolizera typu PEM,

KARTA KATALOGOWA POPzS

K, Na, Ca, Mg, Al, Zn, Fe, Sn, Pb, H, Cu, Ag, Hg, Pt, Au

OGNIWA GALWANICZNE I SZREG NAPIĘCIOWY METALI ELEKTROCHEMIA

Zadanie 2. Przeprowadzono następujące doświadczenie: Wyjaśnij przebieg tego doświadczenia. Zadanie: 3. Zadanie: 4

ELEKTROGRAWIMETRIA. Zalety: - nie trzeba strącać, płukać, sączyć i ważyć; - osad czystszy. Wady: mnożnik analityczny F = 1.

Sesja dotycząca współpracy dydaktycznej z Przemysłem

Zadanie 2. (1 pkt) Uzupełnij tabelę, wpisując wzory sumaryczne tlenków w odpowiednie kolumny. CrO CO 2 Fe 2 O 3 BaO SO 3 NO Cu 2 O

Chemia I. Chemistry I. Inżynieria środowiska I stopień (I stopień / II stopień) ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

Laboratorium odnawialnych źródeł energii. Ćwiczenie nr 5

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 274

Elektrochemiczne metody skaningowe i ich zastosowanie w in ynierii korozyjnej

Elektrochemia. Reakcje redoks (utlenienia-redukcji) Stopień utlenienia

Ć W I C Z E N I E N R E-16

ĆWICZENIE 10. Szereg napięciowy metali

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

INNOVATIVE BATTERY RECYCLING

Ć W I C Z E N I E 7 WPŁYW GĘSTOŚCI PRĄDU NA POSTAĆ OSADÓW KATODOWYCH MIEDZI

INSTYTUT INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ PŁ LABORATORIUM TECHNOLOGII POWŁOK OCHRONNYCH ĆWICZENIE 1 POWŁOKI KONWERSYJNE-TECHNOLOGIE NANOSZENIA

Chemia. Chemistry. Inżynieria środowiska I stopień (I stopień / II stopień) ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

Blachy i druty z metali szlachetnych

EFEKTYWNE UŻYTKOWANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Fe +III. Fe +II. elektroda powierzchnia metalu (lub innego przewodnika), na której zachodzi reakcja wymiany ładunku (utleniania, bądź redukcji)

MODUŁ. Elektrochemia

Magneti Marelli ibat Expert Pro Tester akumulatorów

Zielone rozpuszczalniki ciecze jonowe

korozyjna stopu tytanu roztworach ustrojowych w warunkach stanu zapalnego

Spektroelektrochemia technecjanów (VII) w środowisku kwasu siarkowego (VI)

KOROZJA. Korozja kontaktowa z depolaryzacja tlenową 1

CZY BATERIE VRLA MOGĄ "ŻYĆ" 20 LAT Przedwczesna utrata pojemności - fundamentalny problem baterii VRLA

Laboratorium Ochrony przed Korozją. KOROZJA KONTAKTOWA Część I Ćw. 5: DEPOLARYZACJA WODOROWA

TYPY REAKCJI CHEMICZNYCH

Elektrochemiczne osadzanie antykorozyjnych powłok stopowych na bazie cynku i cyny z kąpieli cytrynianowych

VII Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2014/2015

SOFC. Historia. Elektrochemia. Elektroceramika. Elektroceramika WYKONANIE. Christian Friedrich Schönbein, Philosophical Magazine,1839

CIENKOŚCIENNE KONSTRUKCJE METALOWE

Technologia ogniw paliwowych w IEn

BADANIA WARSTW FE NANOSZONYCH Z ELEKTROLITU NA BAZIE ACETONU

VI Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2013/2014

Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki. Karta przedmiotu. obowiązuje studentów rozpoczynających studia w roku akademickim 2013/2014

Przyrządy i Układy Półprzewodnikowe

WPŁYW DODATKÓW STOPOWYCH NA WŁASNOŚCI STOPU ALUMINIUM KRZEM O NADEUTEKTYCZNYM SKŁADZIE

Transkrypt:

Możliwości ograniczenia korozji stopów ołowiu w akumulatorze kwasowo-ołowiowym poprzez zastosowanie dodatku cieczy jonowych Marek Baraniak 1*, Grzegorz Lota 1, Agnieszka Gabryelczyk 1, Kacper Kopczyński 1, Juliusz Pernak 2, Waldemar Rzeszutek 3, Ewa Jankowska 4 1 Instytut Chemii i Elektrochemii Technicznej, Politechnika Poznańska, Poznań 2 Instytut Technologii i Inżynierii Chemicznej, Politechnika Poznańska, Poznań 3 PPUH Autopart Jacek Bąk sp. z o.o., Mielec 4 Instytut Metali Nieżelaznych Oddział w Poznaniu Centralne Laboratorium Akumulatorów i Ogniw, Poznań

mld $ C. Pillot HEV, P-HEV and EV Market Impact on the Battery Business14th European Lead Battery (14ELBC), 9-14 wrzesień 2014 Edinburgh, Wielka Brytania

Rynek akumulatorów % ewolucja zastosowań C. Pillot HEV, P-HEV and EV Market Impact on the Battery Business14th European Lead Battery Conference14th European Lead Battery Conference (14ELBC), 9-14 wrzesień 2014 Edinburgh, Wielka Brytania

W tym Chiny ok 45% światowego zużycia ołowiuo owiu

Początki akumulatorów kwasowo-ołowiowych owiowych Schemat pierwszego ogniwa Rok odkrycia układu Pb/PbO 2 : 1859 (!) - G. Plante Żródło Jeden z pierwszych akumulatorów H. Bode Lead-Acid Batteries J.Wiley and Sons 1977 http://www.symbiocars.com/symbiocars/jo/index.php?option=com_content&view=article&id=9:bref-comparatifdes-technologies-de-batteries&catid=3:batteries&itemid=14 data wejścia 16-04-2012

kratka ujemna płyta ujemna, końcówki biegunowe ogniwa 2V Pakiet płyt, kratka dodatnia płyta dodatnia, http://magazynfakty.pl/innowacyjna-technologiaakumulatorach-galaxy-efb/

Problem korozji akumulatora kwasowo-ołowiowego owiowego Dotyczy głównie g kratki dodatniej: 1) Korozyjne środowisko ~37% H2SO4 2) Elektrochemiczne utlenianie 3) Wydzielanie się tlenu Source: IMN CLAiO fot. M. Budzyński

Korozja Pb-A Podczas procesu ładowania dochodzi do elektrochemicznego utleniania materiału elektroaktywnego ale pośrednio równier wnież materiału u nośnika nika El.(-) PbSO 4 + 2e Pb(met) + SO 4 2-2 H + + 2e H 2 (reakcja poboczna) El. (+) PbSO 4 + 2 H 2 O PbO 2 + SO 2-4 +2 H + + 2e 2 H 2 O 4 H + + O 2 + 2e (reakcja poboczna) Source: IMN CLAiO fot. M. Budzyński

Source: IMN CLAiO fot. M. Budzyński Korozja Pb-A

Kratka jest nośnikiem masy aktywnej oraz kolektorem prądowym Kratki wykonane są ze stopów: ołowiu z dodatkiem antymonu ołowiu z dodatkami wapnia, cyny i ew. innych pierwiastków (DOMINUJĄCY) rzadko wykorzystywany jest czysty ołów

Rozwój j konstrukcji układu Pb-A Dążenie do ograniczenia zawartości Pb w akumulatorze a tym samym zwiększenia konkurencyjności wyrobu determinuje wprowadzanie nowych technologii produkcji akumulatorów o większym poziomie zautomatyzowania oraz dążeniu do większej wydajności i/lub mniejszej energochłonności. % wag. Przykładowe zmiany wzajemnego stosunku mas poszczególnych komponentów dla akumulatora 40 Ah oraz redukcji całkowitej jego masy w 2 połowie XX wieku

Elementy wpływaj ywające na trwałość śćkratek Skład stopu np. dodatek Ag Grubość kratki Kratka Technologia produkcji np. metoda wytłaczania na zimno Dodatki do elektrolitu np. SnSO4

Cel pracy Celem pracy była a ocena możliwo liwości wykorzystania w akumulatorach kwasowoołowiowych owiowych wodorosiarczanowych (VI) i siarczanowych (VI) cieczy jonowych pod kątem: k zmniejszenia intensywności procesu korozji materiału kratki Badania obejmowały metody elektrochemiczne stało- i zmiennoprądowe.

Materiałbadawczy -stop Wykorzystano taśmę odlaną ze stopu PbCaSn przeznaczoną na kratki elektrod/płyt dodatnich oraz ujemnych w technologii cięto-ciągnionej Teck Cominco Pierwiastek El + zawartość [wt %] El- zawartość [wt %] Pb 98,928 928 99,7279,727 Ca 0,073073 0,079 Sn 0,976 0,172 inne m.in. Ag, Al Source: IMN CLAiO fot. M. Budzyński and PPHU AutoPart fot. H. Przybyło 0,023023 0,022

Materiałbadawczy -stop Metoda cięto-ciągniona firmy Teck Cominco (w przeciwieństwie do metody np. firmy Sovema ) odlewa taśmę o docelowej grubości, bez późniejszego walcowania. Przyjęto, że uziarnienie kratki jest zbliżone w taśmie i kratce po jej rozciągnięciu Source: IMN CLAiO fot. M. Budzyński and PPHU AutoPart fot. H. Przybyło

Materiałbadawczy ciecze jonowe IL Syntezę prekursorów w cieczy jonowych przeprowadzono metodą Menschutkina. Wyjściowymi związkami zkami dla badanych cieczy jonowych były y odpowiednie chlorki alkilopirydyniowe lub alkiloimidazoliowe. Ciecze jonowe otrzymano metoda wymiany anionu. Syntezęprzeprowadzono Zakładzie Technologii Chemicznej Instytutu Technologii i Inżynierii Chemicznej WTCh Politechniki Poznańskiej.

Materiałbadawczy ciecze jonowe IL wodorosiarczan(vi) 1- dodecylopirydiniowy siarczan(vi) di(1-haksadecylopirydiniowy) AlPHSO4 AlPSO4 AlImHSO4 wodorosiarczan(vi) 1-decylo- 3-metyloimidazoliowy siarczan(vi) di(1-decylo-3- metyloimidazoliowy) AlImSO4

Metoda badawcza Electrolit: 5 mg/cm 3 IL w 37% H 2 SO 0 mg/cm 3 IL w 37% H 2 SO SO 4 aq lub SO 4 aq (pr (próbka referencyjna) Układ trójelektrodowy Elektroda badana: PbCaSn Elektroda odniesienia: Hg/Hg 2 SO 4 /H 2 SO 4 Elektroda pomocnicza: Pb (>99,9%)

Kolejność badań: 1. Potencjostatyczna elektrochemiczna spektroskopia impedancyjna 2. Korozymetria Metoda badawcza 3. Woltamperometria liniowa (krzywe Tafela) PEIS zakres częstotliwo stotliwości: 10 khz - 50 mhz, amplituda 10 mv CM ±25 mv wzg. E ocv v=0,167 mv s 1 LSV ±180 mv wzg. E ocv v=0,200 mv s 1 Pomiary: (1) bezpośrednio po zanurzeniu elektrod w elektrolicie (2) po ok. 20h zanurzenia w elektrolicie

Zmiany potencjału u korozji El+ i El- wzgl. elektrolitu bez dodatku IL E E kor=0 -dla 37% roztworu H 2 SO 4 ok. -1037 mv (El+) oraz ok. -1023 mv (El-) 2 blok badań po 20 h 1 blok badań

Zmiany oporu polaryzacji 2 blok badań po 20 h 1 blok badań

Zmiany prądu korozji względem elektrolitu bez dodatku CJ El+ I blok badań Technika CM Technika LSV II blok badań Technika CM Technika LSV I cor rel. [%] I cor rel. [%] I cor rel. [%] I cor rel. [%] H2SO4 100,0 100,0 100,0 100,0 AlPHSO4 69,2 230,0 0,0 0,1 AlPSO4 85,1 116,4 52,4 118,2 AlImHSO4 32,4 39,5 0,0 0,1 AlImSO4 66,1 168,5 11,5 136,7

Zmiany prądu korozji względem elektrolitu bez dodatku CJ El- I blok badań Technika CM Technika LSV II blok badań Technika CM Technika LSV I cor rel. [%] I cor rel. [%] I cor rel. [%] I cor rel. [%] H2SO4 100,0 100,0 100,0 100,0 AlPHSO4 60,3 72,4 0,0 77,8 AlPSO4 49,5 63,2 42,6 51,7 AlImHSO4 25,9 32,5 11,2 111,8 AlImSO4 43,3 130,0 10,2 99,8

Wnioski: Dodatek cieczy jonowych może istotnie wpływać na intensywność procesu korozji stopów ołowiu. Jednak jest to również związane ze składem stopu, a nawet niewielkie zmiany stosunku poszczególnych składników mogą istotnie wpływać na ten proces (np. Sn w El+ 0,976%, w El- 0,172%)

Wnioski: Dla stopów El+ oraz wodorosiarczanowych (VI) cieczy jonowych zaobserwowano silne ograniczenie (nawet zahamowanie) procesu korozji. Gwałtownie rośnie opór polaryzacji, a spada prąd korozji. Ponadto występuje wzrost Ecor o ok. 200 mv Zastanawiający jest brak podobnego efektu dla siarczanowych (VI) cieczy jonowych

Wnioski: W kilku przypadkach występuje znaczący spadek prądu korozji w metodzie CM, ale spadek ten nie jest obserwowany na podstawie krzywych uzyskanych z techniki woltamperometrii liniowej. Prawdopodobnie w tym przypadku wytwarzana warstewka powierzchniowa ulega rozpadowi w warunkach odchylenia układu od stanu równowagi elektrochemicznej

Finansowanie Praca wykonana w ramach projektu NCBR PBS3/A5/43/2015