ТЕХНІЧНА МЕХАНІКА
ISSN 1561-9184 (друкована версія), ISSN 2616-6380 (електронна версія)

ГОЛОВНА    ПРО ЖУРНАЛ    РЕДКОЛЕГІЯ    АВТОРАМ    ПОТОЧНИЙ ВИПУСК    АРХІВ    КОНТАКТИ

УДК: 621.355.9

Технічна механіка, 2024, 2, 124- 136

МАСОПЕРЕНОС У ПОРИСТИХ ЕЛЕКТРОДАХ СВИНЦЕВО-КИСЛОТНОГО АКУМУЛЯТОРА ПРИ РОЗРЯДІ

DOI: https://doi.org/10.15407/itm2024.02.124

Єлісєєв В. І., Совит Ю. П., Катренко M. О.

Єлісєєв В. І.
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України,
Інститут транспортних систем і технологій НАН України (Трансмаг)
Україна

Совит Ю. П.
Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара,
Україна

Катренко M. О.
Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара,
Україна

      Дослідження дифузійно-контрольованих процесів з протіканням об'ємних та гетерогенних хімічних та електрохімічних реакцій в даний час відіграє важливу роль у різних системах, у тому числі і технічних, до яких належать електричні джерела струму. У цій роботі на основі відомих рівнянь розглядаються процеси іонообміну в порових просторах електродів свинцево-кислотного акумулятора при його розряді. У аналізованій теорії враховуються електрохімічні процеси між твердими електродами та електролітом, що заповнює поровий простір. На відміну від багатьох робіт, тут враховується двомірність процесу, обумовлена геометричною структурою апарата та його фізичними характеристиками. Важливою особливістю роботи є те, що у відкритій зоні між електродами масоперенос приймається конвективним, інтенсивність якого значно вища за дифузійний, що протікає в порах електродів. Це дозволяє принаймні в першому наближенні не враховувати опір центральної зони електричної комірки в процесі іонопереносу. Ця, можна сказати, гранична схема дозволяє значно спростити завдання перенесення зарядів через центральну зону електрохімічної комірки. В результаті розв’язку показано, що електропровідність твердої частини електродів відіграє важливу роль у розподілі потенціалів як у самих електродах, так і в поровому просторі. Внаслідок великої електропровідності негативний електрод щодо позитивного працює практично в одновимірному режимі. Необхідно також відзначити, що додатковий опір сепаратора надає помітний вплив на роботу позитивного електрода, який проявляється при порівняно великих струмах, коли починає відчуватися нестача компонента, що заряджає. Це в основному відноситься до області, що межує з струмозбірником. Ще однією важливою стороною розрахунку є визначення розподілу малорозчинного і поганопровідного сульфату свинцю (PbSO4), який великою мірою, аж до припинення розряду, впливає на процес масопереносу. Показано, що при порівняно великих струмах утворення продукту, що пасивує, концентрується у зовнішніх сторін електродів.
     

свинцево-кислотний акумулятор, анод, катод, система рівнянь, порозність, потенціал, дифузійний перенос

1. Dasoyan M. A., Aguf I. A. Current theory of lead acid batteries. Stonechouse Glos. Technicopy Limited. 1979. 371 p.

2. Кошель М. Д. Теоретичнi основи електрохiмiчної енергетики: Пiдручник. Днiпропетровськ: УДХТУ, 2002. 430 с.

3. Gebhart B., Yaluriya Y., Mahajan R. L., Sammakia B. Buoyancy – induced flows and transport. Berlin: Springer-Verlag; Washington: Hemisphere, 1988. 1001 p.

4. Приходько А. А. Компьютерные технологии в аэрогидродинамике и тепломассообмене. Киев: Наукова Думка, 2003. 379 с.

5. Vahid Esfahanian, Torabi Farschad, Mosahebi Ali An improved mathematical model of lead-acid batteries for simulation of VRLA batteries. Journal of Power Sources Symposium. 2007. 9 p. URL: https://wp.kntu.ac.ir/ftorabi/Resources/Publications/An%20Improved%20Mathematical%20Model%20of%20Lead%E2%80%93Acid%20Batteries%20for%20Simulation%20of%20VRLA%20Batteries.pdf (Last accessed on April 28, 2023).

6. Vahid Esfahanian, PooyanKheirhan, Hassan Bahramian, Amir Babac Ansori, Goodarz Ahmadi The Effects of Electrode Parameters on Lead-Acid Battery Perfomance. Anvanged Materials Research. 2013. Vol. 651. Pp. 492–498. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.651.492

7. Gu H., Nguyen T. V., White R. E. A mathematical Model of a Lead-Acid Cell. Discharge, Rest and Sarge. J. Electrochem. Soc. Electrochemical science and technolodgy. 1987. Vol. 134, No. 12. Pp. 2953–2960. https://doi.org/10.1149/1.2100322

8. Shah A. A., Li X., Wills R. G. A., Walsh F. C. A mathematical model for the soluble lead-acid flow battery. J. of the Electrochemical Society. 2010. V. 157, No. 5. P. A589–A599. https://doi.org/10.1149/1.3328520

9. Елисеев В. И. Массообмен в пассивирующей приэлектродной пористой пленке. Вісник Дніпропетровського університету. 2012. Серія Механіка. Вип. 16. С. 132–138.

10. Vetter K. Elektrochemische kinetic. Berlin-Heidelberg: Springer-Verlag. 698 p. https://doi.org/10.1007/978-3-642-86547-3

11. Tenno R., Nefedov E. Electrolyte depletijn control laws for lead-acid battery discharge optimization. J. of Power Sources. 2014. № 270. Pp. 658–667. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2014.07.154

12. Sulzer V., Chapman S. J., Please C. P., Howey D.A., Monroe Ch. W. Faster Lead-Acid Battery Simulations from Porous-Electrode Theory Part I. Physical Model. Journal of the Electrochemical Society. 2019. V. 166, № 12. A2363 – A2371. https://doi.org/10.1149/2.0301910jes

13. Елисеев В. И., Совит Ю. П. Змiна потенцiалу рiдинного акумулятора при замiканнi зовнiшнего ланцюга. Вісник Дніпропетровського університету. 2021. Серія Механіка, Вип. 25. С. 54–65.

14. Bernardy D. M., Gu H., Schoene A. Y. Two-dimensional mathematical model of a lead-acid cell. J. of the Electrochemical Society. 1993. V. 140, №8. Pp. 2250–2258. https://doi.org/10.1149/1.2220804

15. Nguyen T. V., White R. E., Gu H. The Effects of Separator Design on the Discharge Perfomanceof a Starved Lead-Acid Cell. J. of the Electrochemical Society. 1990. V. 137, № 10. Pp. 2998–3004. https://doi.org/10.1149/1.2086148

Copyright (©) 2024 Єлісєєв В. І., Совит Ю. П., Катренко M. О.

Copyright © 2014-2024 Технічна механіка