ЦИНКОВЫЙ АККУМУЛЯТОР
ZINC ACCUMULATOR

Изобретение относится к области электрохимии, в частности к изготовлению аккумуляторов и нормальных элементов.
Из уровня техники известны цинковые аккумуляторы, где положительный электрод состоит из смеси серебра и его оксида [В.В.Стендер. Прикладная электрохимия. Издательство Харьковского университета, 1961 г., 541 стр.]. Использование серебра в цинковых аккумуляторах значительно увеличивает их стоимость, что не позволяет широко использовать в электротехнических изделиях.
Известны аккумуляторы с нерасходуемым твердым электролитом [Дж.Садуос, А.Тилли. Сернонатриевые аккумуляторы. Издательство Мир, 1988 г., 672 стр.]. Таким аккумулятором является натрий-серный аккумулятор, с использованием в качестве твердого электролита β-глинозем или спецстекло. Температура использования и хранения таких аккумуляторов составляет более 300°С. Все существующие аккумуляторы дороги по используемым материалам или по сложности изготовления и эксплуатации.
Натрий-серный аккумулятор наиболее близок, по принципу функционирования, к предлагаемому цинковому аккумулятору.
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании аккумулятора нового типа с водорастворным электролитом постоянного состава.
Техническим результатом изобретения является замена в положительном электроде цинкового аккумулятора оксида серебра на сульфид меди.
Технический результат достигается тем, что в цинковом аккумуляторе с водорастворным электролитом и отрицательным электродом из амальгамы цинка согласно изобретению объемный положительный электрод в разряженном состоянии аккумулятора является смесью порошков сульфида цинка и сульфида меди в соотношении 1 моль сульфида цинка:1 моль сульфида меди с добавлением порошка графита в качестве объемного токосъемника и использованием электролита из водного раствора хлорида цинка постоянного состава.
2
Принципиальная особенность - постоянство состава электролита [водного раствора хлорида цинка ZnCl] в процессах заряда и разряда аккумулятора, в ходе которых происходит изменение состава положительного электрода и изменение массы отрицательного цинкового электрода.
2
Объемный положительный электрод в разряженном аккумуляторе является смесью порошков сульфида цинка и сульфида меди в соотношении 1 моль ZnS:1 моль CuS.
В качестве объемного токосъемника добавляется порошок графита (или толченого кокса или угля).
2
При этом молекулы CuS являются акцепторами атомов серы при их отрыве от ZnS.
Токообразующая реакция данного процесса:
+2
-
- на отрицательном электроде Zn+2е=Zn
-
-
2
2
- на положительном электроде 2Cl+ZnS+CuS=2е+ZnCl+2CuS
2
итоговая реакция: ZnS+CuS=Zn+2CuS.
Термодинамический потенциал этой реакции ΔG(20°C)=158,38 кДж/моль.
Отсюда получаем, что напряжение равно 1,0 В.
Электрические параметры процесса заряда в лабораторном опыте
U[B]
1.2
1.3
1.4
1.5
j[A/M<sup>2</sup>]
0
16
20
40
Удовлетворительное качество образующегося металла (его плотность и химическая чистота) достигалась при межэлектродном расстоянии >1÷2 см [Патент РФ № 2307202, опубл. 27.09.2007. Бюл. № 27].
2
В данном процессе отсутствует возможность загрязнения медью получаемого цинка (даже при высоком напряжении электролиза). Действительно, при U>1,7 В термодинамически разрешенной является токообразующая реакция с образованием CuCl
2
Однако образующийся CuCl (р) взаимодействует с ZnS из положительного электрода по следующей самопроизвольной реакции
2
2
CuCl(p)+ZnS=ZnCl(p)+CuS
ΔC(20°C)=-115,45 кДж/моль.
Поэтому медь не появляется на отрицательном электроде даже при U>1,7 В.
Предложенный цинковый аккумулятор технологически прост и намного дешевле традиционного цинкового аккумулятора из-за отсутствия серебряного положительного электрода.
Кроме того, создаваемые плотности тока близки к току короткого замыкания известного свинцового аккумулятора. Поэтому возможна замена свинцового аккумулятора предложенным цинковым аккумулятором.