ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ИМПЕДАНС ЛИТИЙ-ТИОНИЛХЛОРИДНЫХ ИСТОЧНИКОВ ТОКА В ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ ОБЛАСТИ СПЕКТРА Дрибинский А.В.,Луковцев В.П.,Петренко Е.М.

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина


Номер: 11-2
Год: 2015
Страницы: 17-18
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

импедансная спектроскопия, литиевый химический источник тока, годограф, impedance spectroscopy, lithium power source, the hodograph

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

Установлена зависимость параметров электрохимических процессов от степени разряженности литий-тионилхлоридных источников тока в высокочастотной области спектра импеданса.

Текст научной статьи

Введение Химические источники тока (ХИТ) являются основой электропитания автономной электронной аппаратуры. Ответственность задач, решаемых с их применением такова, что требуется максимальная надежность источников автономного электропитания. Поэтому особую важность приобретает проблема неразрушающего контроля их текущего состояния. Задача диагностирования текущего состояния ХИТ может быть решена с использованием импедансной спектроскопии, которая позволяет оценить их полное внутреннее сопротивление, включающее в себя как активные, так и реактивные составляющие, каждые из которых имеют вполне определенный физический смысл. Импедансная спектроскопия позволяет в условиях неразрушающего контроля рассчитать большое число параметров, каждый из которых, а также их функционально связанные значения, могут быть использованы как корреляторы текущего состояния ХИТ. В работе [1] показана принципиальная возможность оценки степени разряженности литий-тионилхлоридных ХИТ при использовании в качестве информативного параметра значения фазы в экстремальной точке годографа импеданса. При этом оценка текущего состояния ХИТ проводилась в низкочастотной области спектра импеданса (миллигерцы). Эта область в основном характеризует диффузионные процессы, протекающие в ХИТ. С целью получения более полной информации о текущем состоянии ХИТ авторы предложили провести поиск корреляционных зависимостей между параметрами импеданса и электрохимическими характеристиками элементов в высокочастотной области спектра (до килогерц), в результате чего появляется возможность минимизировать влияние диффузионных процессов на импеданс рассматриваемой системы. Методика эксперимента В качестве объекта исследования в настоящей работе использовали литий-тионилхлоридные элементы производства фирмы Saft - LS-33600 с номинальной емкостью 17 А·ч. Эксперименты проводили на установке, созданной на базе многофункционального прибора ЭЛ-02 (ТУ 4215-001-11431364-99) [2], разработанного в ИФХЭ РАН. Импедансную спектроскопию проводили путем ступенчатого измерения протекающего через элемент тока с регистрацией напряжения во времени на клеммах элемента (гальваностатический режим) и последующим Фурье-преобразованием импульсов тока и напряжения. Амплитуда токов в прямом и обратном импульсах составляла 5 мА. Длительность каждого импульса равнялась 0,1 с, что обеспечивало измерения в интервале 5....103Гц. С помощью специальной программы рассчитывали основные параметры импеданса: высокочастотное (Rmin) и низкочастотное (Rmax) сопротивление, величины мнимой и действительной частей импеданса, значения емкости двойного слоя, а также частоту в экстремальной точке годографа. Для уменьшения влияния пассивной пленки на литиевом аноде через ХИТ пропускали предварительный импульс тока [3] длительностью 30 мин. и амплитудой 200 мА. Далее проводили частичный разряд ХИТ током 5 мА. После каждого цикла разряда проводили контроль импедансных характеристик, после чего разряд повторяли вплоть до полной разряженности элемента, что характеризовалось падением напряжения на элементе ниже 2В. Результаты экспериментов и их обсуждение На рисунке 1 представлены годографы импеданса ХИТ с различной степенью разряженности. Рис. 1. Годографы импеданса литий-тионилхлоридных элементов с различной степенью разряженности: 1 - 0 %; 2 - 13 %; 3 - 28 %; 4 - 50 %; 5 - 76 %; 6 - 93 %; 7 - 98 %. Такая форма годографов соответствует эквивалентной схеме, состоящей из R-C контура с последовательно включенным активным сопротивлением. Высокочастотное сопротивление (Rmin), последовательно соединенное с R-C контуром, определяет активное сопротивление электролита, пассивной пленки анода и токоподводящих проводов. Низкочастотное сопротивление (Rmax) представляет собой сумму фарадеевского сопротивления (Rf) электрохимической реакции и активного сопротивления Rmin. Значения Rmin и Rmax рассчитывали путем экстраполяции годографов в область предельно высоких и низких частот. Из рисунков видно, что значения Rmin в процессе разряда практически не меняется и составляет порядка 2 Ом, тогда как фарадеевское сопротивление реакции меняется значительно. При низких степенях разряженности (до 30 %) значения Rf уменьшаются с 26 до 4 Ом (кривые 1-3). Это связано с увеличением шероховатости поверхности литиевого анода за счет его растворения и с повышением ионной проницаемости пассивной пленки. При степени разряженности свыше 50 % (кривые 4-7) значения Rf возрастают с 6 до 50 Ом. Подобное изменение параметров годографа свидетельствует о том, что в рассмотрение следует включить электрохимические реакции, протекающие на катоде. Замедление скорости электрохимических процессов свидетельствует о существенном уменьшении активной поверхности катода в результате заполнения его пор нерастворимыми продуктами реакций. Величины емкости двойного слоя, возрастают при низких степенях разряженности, затем стабилизируются и остаются на уровне 10-4 Ф вплоть до полного разряда элементов. Стабилизацию значений емкости двойного слоя, по-видимому, можно связать с влиянием двух противоположных факторов - повышением шероховатости анода и снижением активной поверхности катода. Выводы. Показано, что импедансная спектроскопия в высокочастотной области позволяет выявить изменения параметров электрохимических процессов при разряде ХИТ. Установлено, что при малых степенях разряженности состояние ХИТ определяется электрохимическими реакциями, протекающими на аноде. При больших степенях разряда в рассмотрение необходимо включать и катодные процессы.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.