ДИАГНОСТИКА СОСТОЯНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ ТОКА МЕТОДОМ ШУМОВОЙ СПЕКТРОСКОПИИ Бобов К.Н.,Кубанцев И.С.,Луковцев В.П.,Петренко Е.М.

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук


Номер: 12-1
Год: 2016
Страницы: 16-19
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

шумовая спектроскопия, химические источники тока, диагностика, noise spectroscopy, diagnostic, electrochemical power souse

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

Рассмотрена возможность использования шумовой спектроскопии химических источников тока (ХИТ) в качестве независимого метода диагностики их состояния. Разработано аппаратурно-программное обеспечение для регистрации и обработки шумовых характеристик ХИТ.

Текст научной статьи

1. Введение Вопрос оценки текущего состояния ХИТ имеет большое значение с точки зрения возможности их использования в аппаратуре, к которой предъявляются требования высокой надежности. Такая оценка должна, в первую очередь, давать информацию о степени разряженности предполагаемых к применению источников тока. Наибольшие сложности возникают при диагностике ХИТ, разрядные характеристики которых практически не зависят от степени разряженности (например, литий-тионилхлоридные, литий ионные, никель-кадмиевые источники). Одним из путей решения указанной проблемы является применение спектроскопии электрохимического импеданса, позволяющей оценивать полное внутреннее сопротивление ХИТ, включающее в себя как активные, так и реактивные составляющие, которые имеют вполне определенный физический смысл. Импедансная спектроскопия позволяет получить в условиях оперативного неразрушающего контроля большое число параметров, каждый из которых, а также их функционально связанные значения, могут быть использованы как корреляторы степени разряженности ХИТ [1-3]. Дальнейшее развитие методики диагностирования состояния источников тока целесообразно провести в области шумовой спектроскопии. Привлечение этого независимого метода позволит значительно повысить достоверность получаемых результатов и с большей точностью определить степень разряженности ХИТ. К преимуществам метода, основанного на регистрации шумов, следует отнести то, что он является пассивным, то есть проведение соответствующих измерений не предполагает какого-либо возмущения электрохимической системы внешними воздействиями и может использоваться для неразрушающего контроля исследуемых объектов. 2. Регистрация и обработка электрохимических шумов ХИТ. В качестве объекта исследования рассматривали литиевые ХИТ (ЛХИТ), в частности, литий-тионилхлоридные элементы, которые в настоящее время широко используются в качестве источников автономного электропитания. Электрохимические шумы ЛХИТ обусловлены характерными процессами активации и пассивации при работе как литиевого анода, так и пористого углеродного катода. По мере разряда и саморазряда меняется состояние и состав обоих электродов, меняется степень микро- и макрогетерогенности, локальной или общей запассивированности электродов, что отражается на флуктуациях напряжения. Так, на поверхности катода формируется и растет пленка нерастворимых продуктов электрохимического процесса, в основном хлорида лития и серы. Указанные продукты блокируют поверхность углеродного катода и забивают его поры. Неравномерность распределения продуктов реакции вызывает флуктуации потенциала катода, вносящие вклад в электрохимические шумы ЛХИТ. Растворяющийся в ходе разряда литиевый анод также претерпевает изменения, связанные как с трансформацией пассивной пленки, так и с неравномерностью растворения лития. Это в той или иной степени сказывается на внутреннем сопротивлении разряжаемого элемента и на потенциале литиевого электрода. Указанные явления на разных стадиях разряда могут быть разными, что должно отражаться на шумовых характеристиках. Для исследования электрохимических шумов ЛХИТ разработано устройство, в котором учтена необходимость регистрации малых сигналов, уровень которых сравним с фундаментальными джонсоновскими шумами. Также учтено наличие большого уровня постоянной составляющей напряжения ЛХИТ (более 3,6 В), существенно подавляющего предельно малые шумовые сигналы (менее ± 1 мкВ). Это устройство, помимо высокой чувствительности, не требует компенсации постоянной составляющей шумовых сигналов. То есть, исключается влияние шумов, неизбежное при использовании любого компенсатора. Разработанное программное обеспечение позволяет, наряду с необходимыми функциями задания-измерения параметров эксперимента, построить для каждого типа ХИТ калибровочную кривую, представляющую собой зависимость информативной характеристики от степени разряженности элемента. В основных узлах устройства регистрации и обработки электрохимических шумов ХИТ используются интегральные микросхемы фирмы Analog Device. Эти узлы включают в себя малошумящий, 24-х разрядный аналогоцифровой преобразователь, USB блок преобразования сигналов и передачи их в ПК. Внешний вид устройства представлен на рисунке 1. Рис. 1. Внешний вид устройства Пример калибровочной кривой, построенной на основании оценки степени разряженности литиевых ХИТ фирмы Tadiran (SL-2780) представлен на рисунке 2. Рис. 2. Пример калибровочной кривой для ЛХИТ SL-2780 Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант № 16-29-09375). Заключение Установлено, что шумовая спектроскопия может быть использована для диагностики состояния (степени разряженности) ХИТ. Разработанное аппаратурно-программное обеспечение позволяет проводить регистрацию малых шумовых сигналов (менее ± 1мкВ) на уровне постоянной составляющей напряжения ЛХИТ более 3,6 В без компенсации, а также осуществлять обработку полученных результатов и построение калибровочных кривых. На примере ЛХИТ SL-2780 показана монотонность зависимости спектральной плотности шума источника от степени его разряженности.

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.