Transport jonów w elektrolitach: szkła

Historia elektrochemii
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
Luigi Galvani (1791):
elektryczność
„zwierzęca”
Od żab do ogniw
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
Alessandro Volta (około 1800r): weryfikacja
doświadczeń Galvaniego
Umieszczenie dwóch różnych metali w ciele
żaby może wywołać przepływ prądu
elektrycznego.
Od żab do ogniw
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
Alessandro Volta (około 1800r): weryfikacja
doświadczeń Galvaniego
Umieszczenie dwóch różnych metali w ciele
żaby może wywołać przepływ prądu
elektrycznego.
Od żab do ogniw
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
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.
Ogniwo elektrochemiczne
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
Anoda (-)
Katoda (+)
utlenianie
redukcja
Bateria z Bagdadu
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
„Bateria z Bagdadu” –250 p.n.e.
Żelazo Fe
Miedź Cu
Ocet winny
Szereg napięciowy
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
Szereg napięciowy
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
Pierwiastki położone z lewej strony
układu chętnie „oddają” elektrony
Ogniwa elektrochemiczne
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
Pokrycia galwaniczne
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
Bateria wielokrotnego ładowania
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
Akumulator kwasowo-ołowiowy
Anoda - utlenianie
Katoda- redukcja
Siarczan ołowiu IV
Parametry ogniwa i ich opis
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
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.
Elektrolity stałe
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
Transport jonów w elektrolitach: szkła
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
or
Transport jonów w elektrolitach: szkła
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
or
Transport jonów w elektrolitach: szkła
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
or
Transport jonów w elektrolitach: szkła
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
or
Transport jonów w elektrolitach: szkła
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
or
Transport jonów w elektrolitach: szkła
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
or
Transport jonów w elektrolitach: szkła
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
or
Transport jonów w elektrolitach: szkła
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
or
Transport jonów w elektrolitach: szkła
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
or
Przewodność elektrolitów stałych
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
σ = σ 0e
⎛ ∆E
⎜⎜ −
⎝ k BT
⎞
⎟⎟
⎠
Proces aktywowany termicznie:
Równanie Arrheniusa
Elektrolity polimerowe
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
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.
Przewodność elektrolitów polimerowych
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
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)
Przewodność elektrolitów polimerowych
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
Wymagania użytkowe baterii
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
Ogniwa typu Li-ion
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
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
Baterie typu Li-ion
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
Baterie typu Li-ion
MICHAŁ MARZANTOWICZ
Potencjał w odniesieniu do litu
FIZYKA 3
„gęstość” energii
Budowa baterii Li-ion
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
Baterie Li-ion z elektrolitem polimerowym
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
Anoda: Lit metaliczny bądź materiał
interkalowany
Katoda: LiCoO2 lub LiMn2O4
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)
Baterie Li-ion z elektrolitem polimerowym
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
1999...
[Sony corporation]
... 2005
[NASA]
Zastosowania
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
Ogniwo słoneczne i bateria litowa
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
European Polymer Solar Battery
Samochody elektryczne
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
Samochody elektryczne
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
Eliica:
-prędkość maksymalna 370 km/h
-zasięg 200 km
-moc 640 KM
Camille Jenatzy
La Jamais Contente
1899 r. – rekord 100 km/h
Samochody hybrydowe
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
Telefony komórkowe
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ
Użytkowanie baterii Li-ion
FIZYKA 3
MICHAŁ MARZANTOWICZ