Оптимизация характеристик никель-железного аккумулятора методом математического моделирования

• Автор: Храмов, Андрей Анатольевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 130 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Литературный обзор
1Л Процессы, протекающие на железном электроде
1.2 Процессы, протекающие на оксидноникелевом электроде
1.3 Конструкции и технологии изготовления железного электрода
1.4 Конструкции и технологии изготовления оксидноникелевого электрода
1.5 Современное состояние и перспективы развития никель-железного аккумулятора
1.6 Распределение скорости разрядного процесса по высоте химических источников тока
1.7 Моделирование процессов, протекающих в пористых электродах при заряде
и разряде химических источников тока
1.8 Выбор направлений исследования в области никель-железных
аккумуляторов
Глава 2. Методика эксперимента
2.1 Исследование влияния высоты никель-железного аккумулятора на его электрические характеристики
2.2 Исследование распределения тока по высоте электродов с помощью физического моделирования
2.3 Изготовление прессованного железного электрода из магнетита
2.4 Электрохимическое исследование границы раздела фаз железного электрода
2.4.1 Хроновольтамперометрический метод
2.4.2 Хронопотенциометрический метод
2.4.3 Температурно-кинетический метод
2.4.4 Переменно-токовый метод
2.4.5 Хроноамперометрический метод
2.5 Исследование влияния добавки а-оксинафтойной кислоты на работу железного электрода

Глава 3. Экспериментальная часть
Влияние высоты электродов на ёмкость никель-железного аккумулятора
Раздел 1. Двумерная математическая модель разряда никель-железного
аккумулятора
Раздел 2. Влияние конструкции и габаритов положительного и отрицательного электродов на равномерность распределения тока по их высоте и электрические
характеристики никель-железного аккумулятора
3.2.1 Влияние конструкции электродов на равномерность распределения тока по их высоте
3.2.2 Влияние толщины электродов на равномерность распределения тока по их высоте
3.2.3 Влияние высоты электродов на равномерность распределения

Раздел 3. Оптимизация конструкции никель-железного аккумулятора путём
математического моделирования
Раздел 4. Влияние добавки а-оксинафтойной кислоты на электрические характеристики прессованного железного электрода из магнетита
3.4.1 Влияние а-оксинафтойной кислоты на разрядные характеристики железного электрода
3.4.2 Влияние а-оксинафтойной кислоты на поведение освинцованного железного электрода в щелочном электролите
3.4.3 Влияние а-оксинафтойной кислоты на процессы, протекающие при заряде прессованного железного электрода из магнетита
Выводы
Список использованной литературы
Приложение
Приложение

Введение
Никель-железный аккумулятор — это вторичный (перезаряжаемый) химический источник тока, в котором в качестве активного вещества отрицательного электрода выступает железо, а в качестве активного вещества положительного электрода — гидрат окиси никеля (III), электролитом является водный раствор гидроксида натрия или калия (с добавками гидроксида лития)

Никель-железный аккумулятор вместе с никель-кадмиевым аккумулятором принадлежат к группе щелочных аккумуляторов.
Это достаточно выносливые аккумуляторы, стойкие к грубому обращению (перезаряд, глубокий разряд, короткое замыкание и термические удары) и имеющие очень длинный срок службы. Никель-железные аккумуляторы долгое время использовались в европейской горной промышленности благодаря их способности выносить вибрацию, высокие температуры и другие стрессовые воздействия.
В настоящее время никель-железные батареи широко применяются на железнодорожном транспорте, как в России, так и за границей. Используются для резервного электропитания там, где могут быть постоянно заряжаемыми. Срок службы в таком случае может быть более 20 лет. Большое место в производстве щелочных химических источников тока занимает обеспечение шахтёров щелочными источниками питания индивидуальных ламп, питание рудных электровозов в шахтах. Перспективность использования развиваемых в последнее время солнечных батарей и ветрогенераторов повышает интерес к никель-железным батареям, функция которых будет заключаться в аккумулировании электрической энергии.
С экологической точки зрения никель-железные аккумуляторы не содержат кадмия и свинца, что делает их более безопасными для окружающей среды.
Однако широкому использованию никель-железных аккумуляторов препятствует их плохая работоспособность при отрицательных температурах,

При моделировании процессов, протекающих в пористых электродах, наибольшее распространение получила модель цилиндрической поры [107]. В рамках данной модели предполагается, что цилиндрические поры электродов пронизывают электрод на всю его толщину, а электрохимические процессы протекают на поверхности этих пор.
Для описания физико-химических процессов, протекающих в пористых электродах, применяются уравнения, учитывающие изменение в процессе разряда таких величин как пористость электрода (П) и коэффициент извилистости пор ([3 ) [ 108]:
где эффективный коэффициент диффузии; О0 - коэффициент диффузии;
Хэфф “ эффективная удельная электропроводность раствора; Хо ~ удельная
электропроводность раствора.
Базовые уравнения распределения физико-химических процессов, протекающих в пористых электродах, могут быть выражены с помощью термодинамических функций [109-112].
При оптимизации работы металлокерамических оксидноникелевых электродов химического источника тока Сагояном Л.Н. [113] и при моделировании пористого цинкового электрода, работающего на интенсивных режимах разряда, Гунько Ю.Л. [114] был использован метод эквивалентной электрической схемы. По этому методу каждый участок электрической цепи соответствовал какому либо физическому параметру. Такой же подход был предпринят при моделировании химического источника тока, работающего при импульсном разряде [115]. В работе [116] была использована упрощенная эквивалентная схема, в которой активные сопротивления, имитировали сопротивления токоотводов электродов, сопротивление электролита, а так же
(1.57)

(1.58)
Хэфф Хо п 2 ’