Chemické zdroje napětí – sekundární články Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Hradec Králové, Vocelova 1338, příspěvková organizace Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/34.0245 Číslo DUM: VY_32_INOVACE_07_A_15 Tematická oblast: Stejnosměrný proud a Elektrochemie Téma: Chemické zdroje napětí – sekundární články Autor: Ing. Lukáš Nepokoj Datum vytvoření: září 2012

Anotace Metodický pokyn Materiál je určen pro 1. ročník studijního oboru MIEZ, předmětu ELEKTROTECHNIKA, inovuje výuku použitím multimediálních pomůcek – prezentace s názornými obrázky a schématy doplněných textem podporujícím výklad učitele. Metodický pokyn Materiál používá učitel při výkladu – pro větší názornost a atraktivnost výuky a zároveň jej mohou využívat žáci pro domácí přípravu na výuku.

CHEMICKÉ ZDROJE NAPĚTÍ – SEKUNDÁRNÍ ČLÁNKY Na rozdíl od primárních článků, můžeme sekundární články opakovaně nabíjet a vybíjet. Elektrickou energii je potřeba do nich nejprve dodat. Ta se v článku přemění na energii chemickou, která je následně připravena v případě potřeby se přeměnit zpět na energii elektrickou.

CHEMICKÉ ZDROJE NAPĚTÍ – SEKUNDÁRNÍ ČLÁNKY Nabíjení: Elektrody akumulátoru jsou připojeny na stejnosměrný zdroj elektrického napětí. Kladné ionty v akumulátoru se pohybují k záporné elektrodě a záporné ionty se pohybují ke kladné elektrodě. Na elektrodách se ionty vybíjejí a chemicky reagují s materiálem elektrod tak, že vznikají nové elektrody, které mají oproti elektrolytu různé hodnoty potenciálů. Tak vzniká v akumulátoru elektrické napětí.

CHEMICKÉ ZDROJE NAPĚTÍ – SEKUNDÁRNÍ ČLÁNKY Vybíjení: Akumulátor slouží jako zdroj elektrické energie v obvodu. Probíhá opačný chemický proces a elektrody se postupně přeměňují vlivem chemických reakcí do výchozího stavu. Přitom zároveň klesá i koncentrace kyseliny (elektrolytu) a napětí na svorkách. Napětí a koncentrace kyseliny nesmí klesnout pod minimální hodnotu! Hrozí nevratné poškození akumulátoru.

CHEMICKÉ ZDROJE NAPĚTÍ – SEKUNDÁRNÍ ČLÁNKY 1. Olověné akumulátory (Pb) V olověném akumulátoru vlivem elektrolýzy dochází k rozkladu vody v elektrolytu a bublinky plynu začínají unikat z elektrolytu ven. Vodík a vznikající kyslík tvoří výbušnou směs a je proto nutné při nabíjení akumulátor odvětrávat. Modernější akumulátory (tzv. bezúdržbové) již obsahují rekombinátor, který přeměňuje unikající vodík zpět na vodu a není tudíž nutné odvětrání ani doplňování vody do elektrolytu.

CHEMICKÉ ZDROJE NAPĚTÍ – SEKUNDÁRNÍ ČLÁNKY 2. Nikl-kadmiové akumulátory (Ni-Cd) Kladná elektroda je tvořena hydroxidem oxidu niklu, záporná elektroda je tvořena kadmiem. Elektrolyt se na chemických reakcích nepodílí a není potřeba odvětrávání, článek je uzavřený a je opatřen bezpečnostním ventilem. Nevýhodou je „paměťový efekt“ – vzniká při opakovaném nabíjení akumulátoru z hodnoty vyšší než minimální napětí. Rozměry jsou většinou shodné s primárními články.

CHEMICKÉ ZDROJE NAPĚTÍ – SEKUNDÁRNÍ ČLÁNKY 3. Nikl-metalhydridové akumulátory (Ni-MH) Záporná elektroda je tvořena vícesložkovou slitinou niklu, která absorbuje při nabíjení velké množství vodíku, s kterým pak tvoří kovové hydridy. Nemají paměťový efekt, mají větší kapacitu, neobsahuji Cd.

CHEMICKÉ ZDROJE NAPĚTÍ – SEKUNDÁRNÍ ČLÁNKY 4. Lithium-iontové akumulátory (Li-Ion) Záporná elektroda je tvořena uhlíkem s přídavkem lithia a kladná elektroda je z kovového oxidu s podílem lithia. Pevný organický alkalický elektrolyt obsahuje soli lithia. Při nabíjení i vybíjení dochází mezi mřížkovými elektrodami k výměně iontů lithia. Akumulátory nemají paměťový efekt, malé samovybíjení, ale jsou velice citlivé na správné nabíjení.

CHEMICKÉ ZDROJE NAPĚTÍ – SEKUNDÁRNÍ ČLÁNKY ZÁKLADNÍ PARAMETRY SEKUNDÁRNÍCH ČLÁNKŮ druh aku. jmenovité napětí článku minimální napětí maximální napětí běžná kapacita nabíjecí cykly Pb 2 V 1,6 V – 1,9 V 2,4 V – 2,45 V 50 – 500 Ah - Ni-Cd 1,2 V 0,85 V – 1,1 V 1,55 V – 1,60 V 1 Ah 1000 NiMH 1,0 V 1,5 V – 1,55 V 2 Ah Li-Ion 3,6 V 3,0 V – 3,6 V 4,0 V – 4,2 V 1500

CHEMICKÉ ZDROJE NAPĚTÍ – SEKUNDÁRNÍ ČLÁNKY OPAKOVÁNÍ: Popište postup nabíjení sekundárního článku? ……………….................................................. Popište postup vybíjení sekundárního článku? ........................................................................ Jaké jsou vlastnosti olověných akumulátorů? ....................................……………………....… Jaké jsou vlastnosti Lithium-iontových akumulátorů? .........................................................................

CHEMICKÉ ZDROJE NAPĚTÍ – SEKUNDÁRNÍ ČLÁNKY Vocabulary: charging – nabíjení discharging – vybíjení lead–acid battery – olověný akumulátor memory effect – paměťový efekt

Použité zdroje TKOTZ, Klaus a kol. PŘÍRUČKA PRO ELEKTROTECHNIKA. Praha: Europa-Sobotáles cz, s.r.o., 2006, ISBN 80-86706-13-3. Pokud není uvedeno jinak, použitý materiál je z vlastních zdrojů autora.