Система литий-вода

ПЕРВИЧНЫЕ ЛИТИЕВЫЕ ИСТОЧНИКИ ТОКА

Литий обладает самым отрицательным электродным потенциалом среди всех металлов: –3.055 В в воде. Это связано с малым радиусом иона Li⁺ и его сильной гидратацией. В неводных растворителях его потенциал несколько положительнее: –2.887 В в пропиленкарбонате. Литий обладает самой высокой удельной энергией: 11760 Вт·ч/кг. Впервые интерес к разработке источников тока с использованием металлического лития в качестве отрицательного электрода проявился в 1960-ых годах. Вначале пытались применить традиционные водные электролиты (растворы щелочи). Появление на мировом рынке первых литиевых источников тока (ЛИТ) относится к началу 1970-х годов, и оно стало возможным только после разработки неводных растворов электролитов. Однако и с водным электролитом были разработаны литиевые ХИТ кратковременного действия. Рассмотрим вначале их.

Электрохимическая система может быть представлена в виде

(–) Li│LiOH │ H₂O (Me) (+)

где Me – это инертный катод, не участвующий в токообразующей реакции. Его изготавливают из недорогих металлов (железо, сталь, никель). Токообраующие реакции имеют следующий вид:

на аноде Li → Li⁺ + e Е_–^о = –3.056 В

на катоде Н₂О + е → 0.5 Н₂ + ОН^- Е₊^о = –0.836В

суммарная Li + Н₂О → Li⁺ + ОН^- + 0.5 Н₂↑ Е^о = +2.22 В

Электролитом является щелочной раствор гидроксида лития, который образуется сам за счет реакции лития с водой. Такие ХИТ изготавливают в резервном исполнении, т.е. без электролита. В таком неактивном состоянии источник может храниться длительное время (более 10 лет). Приводится в действие заполнением морской водой. Генерация электроэнергии протекает параллельно с прямой химической реакцией лития с водой, но эта реакция в концентрированной щелочи протекает довольно медленно, так что потери лития за счет саморастворения невелики. В результате источник Li/H₂O может работать несколько часов, обеспечивая очень высокие плотности тока (до 0.5 А/см²) и очень большую удельную энергию (до 3000 Вт·ч/кг, сравните с другими электрохимическими системами). Система Li-H₂O – одна из самых энергоемких, но кратковременного действия. Основное применение – морское (гидроакустические буи, погружные аппараты, торпеды). Конструкции – самые разнообразные. Обычно требуется максимальная мощность, которая достигается при рабочем напряжении 1.2 В и плотности тока 0.3 А/см² (см. рисунок).

Кривые U – J и P – J для источника Li/H₂O (схематично).

Но система Li/H₂O – это скорее исключение. Длительно работающие ЛИТ удалось создать только с применением неводных растворителей.

Дата добавления: 2014-01-07