CC BY
26
УДК620.193.013:544.65
М. В. Шалагин, С. Я. Алибеков, И. М. Охотникова, А. В. Маряшев, Р. С. Сальманов
ВЛИЯНИЕ СОСТАВА СОЛЕВЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ НА ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОЗДУШНО-АЛЮМИНИЕВОГО ИСТОЧНИКА ТОКА
Ключевые слова: воздушно-алюминиевых источников тока, электролит, внутреннее сопротивление, вольт-амперные
характеристики.
Авторамистатьиисследованы электрические показатели воздушно-алюминиевого источника тока. Изученазависимость величины электрического тока, и напряжения внешней цепи источника ВАИТ от концентрации раствора электролита в зависимости от времени работы, определена зависимость величины ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока при концентрации NaCl в воде. Установленывысокие энергетические возможности водного солевого электролита воздушно-алюминиевых источников тока.
Keywords: air-currentsourcesofaluminum, theelectrolyte, theinternalresistance, volt-ampere characteristics.
The authors of the article studied the electrical parameters of an air-aluminum current source. The dependence of the magnitude of the electric current, and the voltage of the external circuit of the VaIIT source on the concentration of the electrolyte solution as a function of the operating time is studied, the dependence of the EMF value and the internal resistance of the current source at NaCl concentration in water is determined. High energy capabilities of aqueous salt electrolyte of air-aluminum current sources have been established.
Введение
В настоящее время область применения химических источников тока постоянно расширяется вместе с развитием новых технологий. Они применяются в различных отраслях народного хозяйства, военной промышленности, авиации, железнодорожном и автомобильном транспорте, многочисленных электронных устройствах, в ракетной технике и в быту. Химические процессы, проходящие в воздушно-алюминиевых источников тока (ВАИТ), стали одним из важнейших энергетических показателей в водных растворах электролитов с разной концентрацией хлорид -ионов. В виду сложности протекания анодных процессов на алюминиевых анодах в водных растворах электролитов у разных видов ВАИТ изучены недостаточно. При широком спектре экспериментальных данных по разрядным характеристикам трактуется авторами не всегда однозначно. И требует при использовании новой конструкции ВАИТ детального изучения состава растворов электролита в диапазоне от 1% до 15% концентрации №С1 в воде [1-4].
Экспериментальная часть
Измерения проводились на лабораторной установке воздушно-алюминиевого источника тока, представленной на рис.1. Установка состоит из нагрузочного сопротивление (Rн), амперметр (РА1), вольтметры (PV2) и (PV1), блок питания ^2).
Установка представляет комплекс устройств: для создания высоких и низких температур, реализации заданных режимов разряда ВАИТ и измерения, регистрации электрических параметров и температуры.Сопротивление Ял представляет собой устройство, которым задается режим разряда ВАИТ. Сила разрядного тока измеряется амперметром РА1. Выключатель S3 предназначен для подключения
нагрузки. Вольтметр PV1 предназначен для контроля и измерения электродвижущей силы и напряжения испытываемого ВАИТ G1.
Рис. 1 - Схема электрическая принципиальная стенда для испытаний воздушно-алюминиевого источника тока: G1 - испытываемый образец, G2 - блок питания Б5-46 или Mastech HY3005M-2; Rm - нагрузочное сопротивление (устройство зарядно-разрядное «Zevs-30/20/10», нагрузка электронная «UnionTEST UDL830» или «ARRAY 3710A», либо магазин сопротивлений Р4833/2); Ri - резистор СП3-44; PV1 - вольтметр АВМ-4085; PV2 - вольтметр В7-34А или мультиметр цифровой АВМ-4551; РА1 - амперметр (мультиметр цифровой АВМ-4551); PS - прибор регистрирующий (цифровой самописец «ADClab S-Recorder-LD»); S1, S3 -выключатель ASN 32/3; S2 - переключатель КП-3; S4 - выключатель ASN 32/1
Результаты и их обсуждение
Эксперименты проводились в зависимости величины электрического тока инапряжения во внешней цепи источника ВАИТ от концентрации раствора электролита при внешней нагрузке 1000 Ом. Полученные данные представлены на рис. 2.
Как видно из представленных графиков зависимость напряжения и величина силы тока от концентрации NaCl практически не меняется, что химический процесс протекает в зависимости от
концентрации хлорид ионов, с скоростью.
постоянной
Рис. 2 - Зависимость величины силы токаи напряжения внешней цепи источника ВАИТ от концентрации раствора электролита при внешней нагрузке 1000 Ом
На лабораторной установке измерялись и ЭДС в зависимости от испытуемого источника тока от времени при различных концентрациях раствора электролита, полученные результаты представлены на рис. 3.
с, %
— ■— с, 1%
— •— с, 3% —а— с, 5% —▼— С, 6% —♦— С, 7% —<— С, 9%
— С, 11%
— •— С, 13% —С, 1 5%
Рис. 3 - Зависимость ЭДС испытуемого источника тока от времени при различных концентрациях раствора электролита
Рис. 4 - Зависимости величины внутреннего сопротивления во внешней цепи источника ВАИТ с различными концентрациями раствора электролита при внешней нагрузке: 1000 Ом
Заключение
Установлено влияние концентрации хлорид иона в ВАИТ на электрохимические характеристики алюминиевого электрода в водных солевых растворах.
В результате проведенных исследований данного источника при нагрузках в интервале от 1000 до 9000 Ом, с ростом концентрации внутреннее сопротивление падает, а после часа работы источника токахимический процесс
стабилизировался. ЭДС источника, как следует из результатов измерений, зависит от концентрации электролита. Наибольшее значение ЭДС наблюдается при концентрациях №С1 в районе 7%.
Полученные экспериментальные данные позволяют использовать высокие энергетические возможности водного солевого
электролитавоздушно-алюминиевых источников тока.
2
1 -
0 -
9 -
8 -
7 -
6
100
150
^ мин
Самые высокие значения ЭДС были зафиксированы в течение 60 минут. При дальнейшем протекания химического процесса на ВАИТ ЭДС не меняется, процесс стабилизировался.
По результатам эксперимента были проведены расчеты внутреннего сопротивления. Измерения проводились расчётным способом из закона Ома для полной цепи:
г = (Е-Щ)Л,
где I - сила тока, Е - электродвижущая сила, R -внешнее сопротивление цепи, г - внутреннее сопротивление источника ЭДС.
Полученные значения представлены на графике рис. 4 зависимости внутреннего сопротивления источника ВАИТ от концентрации раствора электролитана внешнюю нагрузку 1000 Ом.
В ходе работы установлено, что при концентрации раствора №С1 6%-9% процентов в электролите исследуемое внутреннее сопротивление от времени не изменяется, химический процесс протекает равномерно. Как видно из диаграммы величина внутреннего сопротивления при концентрации от 6% до 9% процентов концентрации №С1 в данной конструкции ВАИТ показала наилучшие значения.
Работа выполнена при финансовой поддержке фонда «Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере» («Фонд содействия инновациям»), в рамках программы «УМНИК» № Договор № 8157ГУ2/2015.
Литература
1. Патент на изобретение №2561566. Способ ввода расходуемого электрода в воздушно-алюминиевый источник тока /Шалагин М.В., Вдовин С.Л., Кудрявцев И.А., Охотникова И.М. Заявка: 2014120343/02, 20.05.2014. Опубликовано: 27.08.2015.
2. Патент на изобретение №2531012. Способ ввода расходуемого электрода в воздушно-алюминиевый источник тока /Охотников А.В., Севрюгин В.А., Вдовин С.Л.,Щепин В.Д., Кудрявцев И.А.. Заявка: 20131253629/07, 03.06.2013. Опубликовано: 27.08.2015.
3. Патент на полезную модель №149933. Электрод для электрохимического источника тока. / Охотников А.В., Севрюгин В.А., Вдовин С.Л.,Щепин В.Д., Шалагин М.В.. Заявка: 2014125686/07, 24.06.2014. Опубликовано: 20.01.2014.
4. Вдовин С. Л., Шалагин М. В. Воздушно-алюминиевый источник тока: конструктивные особенности, характеристики [Текст] / С. Л. Вдовин, М. В. Шалагин, А. В. Охотников, И. М. Охотникова, В. Д. Щепин // Интеграл.-2014.- №4 (77). - С. 75
5. Коровин, Н. В., Клейменов, Б. В. Воздушно-алюминиевые источники тока [Текст] / Н. В. Коровин, Б. В. Клейменов // Информост «Радиоэлектроника и телекоммуникации» , 2002. - №6 (24). - С. 62 - 65.
6. Варыпаев В. Н., Дасоян М. А., Никольский В. А. Химические источники тока.- М.: Высшая школа, 1990.240 с.
7. Багоцкий В. С., Скундин А. М. Химические источники тока. М.: Энергоиздат, 1981. 360 с.
8. Пахомов К.С., Антипов Ю.В., Чалых А.Е., Будылин Н.Ю., Стоянов О.В., Симонов-Емельянов И.Д. Энергетические параметры поверхности арамидных волокон. Вестник технол. ун-та. 2016. Т. 19, №1. С. 100103.
9. Цветкова Е.А, Ухарцева И.Ю., Гольдаде В.А., Шаламов И.В. Поляризационные процессы в жидкодисперсперсных системах. Вестник технол. ун-та. 2016. Т. 19, №5. С. 73-77.
© М. В. Шалагин - старший преподаватель каф. МиМ, ФГБОУ ВО ПГТУ г. Йошкар-Ола, websvarka-pro@yandex.ru; С. Я. Алибеков - д.т.н., профессор, заведующий кафедрой МиМ,ФГБОУ ВО ПГТУ; И. М. Охотникова - аспирант кафедры МиМ, ФГБОУ ВО ПГТУ; А. В. Маряшев - к.т.н., доцент кафедры ЭП,ФГБОУ ВО ПГТУ; Р. С. Сальманов - к.т.н., доцент кафедры физики КНИТУ.
© M. V. Shalagin - senior lecturer, DEP. MIM, FSBEI Perm state technical University, Yoshkar-Ola, e-mail: websvarka-pro@yandex.ru; S. Ya. Alibekov - doctor of technical Sciences, Professor, head of Department MIM FSBEI Perm state technical University; I. M. Okhotnikovа - head of Department of MIM FSBEI Perm state technical University; A. V. Marachev - candidate of technical Sciences, Professor of the Department of EP, FGBOU in PSTU; R. S. Salmanov - Ph. d., associate Professor of physics Department of KAZAN state technical University.
