чем металл анода. Катионы восстанавливаются, возникают коротко замкнутые пары, которые способствуют коррозионному разрушению анода;
– ионы переменной валентности, например Fe2+и Fe3+. Ионы Fe3+ восстанавливаются до Fe2+ на аноде, вызывая коррозию. Ионы Fe2+ у катода окисляются деполяризатором, вновь образуются катионы трехвалентного железа и взаимодействуют с анодом;
– соприкосновение металла с растворами разной концентрации ведет к образованию короткозамкнутых концентрационных элементов, а местные пары могут возникать и при неоднородности электрода;
– наличие окислителя или саморазряд анода, например, при доступе воздуха к цинковому аноду:
– наличие восстановителя или саморазряд катода.
По заряд-разрядным кривым можно рассчитать значения емкости, энергии, коэффициента полезного действия ХИТ при его эксплуатации в конкретном режиме. Разница значений начального Uрн и конечного Uрк напряжений разряда может быть достаточно большой (см. рис. 1), поэтому для расчетов часто используют средние напряжения разряда Uср.р.
Напряжение разряда ХИТ зависит от технологических особенностей, температуры, режима разряда, а также конструкции источника тока.
2.2. Первичные химические источники тока
К первичным ХИТ относятся источники тока, активные вещества которых используются однократно. Рассмотрим особенности конструкции таких элементов, механизмы токообразующих процессов и эксплуатационные характеристики ХИТ данного типа.
Первичные сухие ХИТ выпускаются промышленностью с не проливающимся электролитом (загущенным крахмалом, мукой, карбоксиметилцеллюлозой (КМЦ)). Типичным представителем сухих ХИТ являются МЦ-элементы стаканчиковой и галетной конструкций, в которых используют солевые (NH4Cl) и щелочные (NaOH, KOH) электролиты [4–6]. Схематически их можно представить так:
Активными веществами анода и катода являются цинк Zn и диоксид марганца MnO2 соответственно. Концентрация щелочного электролита составляет 6–10 М, что отвечает максимуму электропроводности и минимальной температуре замерзания раствора.
Устройство щелочного марганцово-цинкового элемента показано на рис. 2. Цинковый анод располагается в цилиндрической камере внутри элемента и представляет собой пасту на основе порошка цинка. Пространство между сепаратором и корпусом заполняется смесью диоксида марганца с угольным порошком – это активная катодная масса. В качестве положительного коллектора тока служит стальной корпус элемента. Сепаратор, а также анодная и катодная активные массы пропитаны электролитом для снижения внутреннего сопротивления элемента.
Рис. 2. Схема щелочного марганцово-цинкового элемента
Диоксид марганца восстанавливается на катоде. В щелочных растворах реакция протекает с участием молекул воды: