Accoppiamenti di semielementi per la formazione di pile

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1 Accoppimenti di semielementi per l formzione di pile

2 Le Pile chimiche Ogni volt che si ccoppino due elettrodi qulsisi, tr quelli che bbimo visto sopr (nell tbell dei potenzili stndrd), si ottiene un dispositivo in grdo di sfruttre l differenz di potenzile i cpi dei due elettrodi per generre corrente elettric continu. Questo dispositivo si dice pil ed è in grdo di trsformre l energi chimic in energi elettric. Pile primrie Pile secondrie (ccumultori)

3 Esempio 1 Equilibrio elettrodico Equilibrio elettrodico e - Cu e - Cu E ( ) Potenzile elettrodico = E o 2+ + / log 2+ Schemtizzzione dell cell SO SO 4 4 CuSO CuSO 4 4 Cu E ( + ) Potenzile elettrodico = E o Cu 2+ + / Cu log Cu Cu 2+ f.e.m.= E (+) E (-) f.e.m. E o log 2+ - E 2+ + log / Cu Cu / 2 2 o = Cu f.e.m. = o o ( E 2 E 2+ ) Cu log / Cu / Cu 2+ 2+

4 Pile concentrzione L f.e.m. di un pil è dt dll differenz di potenzile tr due elettrodi; si dicono pile chimiche qundo i due elettrodi sono diversi cioè su di essi vvengono due diverse rezioni elettrodiche; si dicono pile concentrzione qundo i due elettrodi sono uguli cioè sui due elettrodi vviene l stess rezione elettrodic. Esempio 1 SO SO 4 4 SO 4 ' SO 4 In cui ; supponimo che > Equilibrio elettrodico e - f.e.m.= E (+) E (-) f.e.m. f.e.m. = E ' o log 2+ - E 2+ + log / / 2 2 o = log ' Potenzile elettrodico o E = E 2+ + log / 2 2+

5 Legge di Frdy Frdy fu il primo stbilire un relzione quntittiv tr le quntità di specie elettrochimicmente ttive, regenti e prodotte, in un rezione di ossidoriduzione con l quntità di corrente che circol nel circuito esterno. Inftti per l rezione Ag + + e - Ag si può osservre che l formzione di un mole di Ag metllico (108.0 g) è legto l pssggio nel circuito di un quntità di cric elettric pri d 1.0 mole di elettroni. Quest quntità di cric, dett costnte di Frdy, è pri : cric di un elettrone * Numero di Avogdro * = Coulomb Se l stess quntità di cric elettric venisse utilizzt nell di riduzione dello zinco e - si vrebbe l formzione di mezz mole di (65.39/2 = g); ed ncor se venisse utilizzt nell ossidzione dell OH - secondo l rezione: 4OH - O 2(g) + 4e - + 2H 2 O si vrebbe l formzione di ¼ di mole di ossigeno molecolre gssoso (32/4 = 8 g). Frdy si espresse dicendo che: l pssggio di un equivlente di corrente si h l formzione o il consumo di un equivlente di sostnz elettrochimicmente ttiv.

6 V = E IR i - (η - η c ) Crtteristiche di merito Cpcità specific Ah/kg Cp sp V = Energi sp Energi specific Wh/kg Densità di energi Wh/cm 3 Potenz specific W/kg I = C N n Dove I = corrente di scric (A) C n = Tsso di Cpcità dell cell d un regime di n-ore di scric N = ore di scric

7 Tipi di scric: continu o d intermittenz A corrente costnte A crico costnte A potenz costnte

8 Effetto dell tempertur sull scric

9 ministilo stilo torci torcione

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11 Confronto di btterie primrie

12 Confronto di btterie primrie

13 Confronto di btterie primrie

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15 Migliormenti delle prestzioni delle btterie primrie negli nni

16 Pile Zinco Crbone (Leclnche) Chimic dell btteri Elettrolitic: soluz. Acq. di NH 4 Cl All nodo (-) e - Al Ctodo (+) 2 MnO 2 + 2e H 2 O 2 MnOOH + 2 OH - Rez. totle 2 MnO H 2 O 2 MnOOH OH - f.e.m.=1.55 V Soluz elettrolitic NH 4 Cl NH Cl - NH H 2 O NH 3 + H 3 O NH Cl - (NH 3 ) 2 Cl 2 Potenzile di esercizio~1.2 V Densità di energi 85 Wh/kg 165 Wh/lit

17 Pile Zinco Crbone (Leclnche)

18 Pile Zinco Crbone (Leclnche)

19 Pile Zinco MnO 2 (Leclnche lclin) Chimic dell btteri All nodo (-) e - Al Ctodo (+) 2 MnO 2 + 2e H 2 O 2 MnOOH + 2 OH OH - (OH) 2 O + H 2 O Soluzione elettrolitic di KOH Densità di energi 85 Wh/kg 165 Wh/lit Rez. Globle + 2 MnO H 2 O (OH) MnOOH + 2 MnO H 2 O O + H 2 O + Mn 2 O 3 + H 2 O f.e.m.=1.55 V Potenzile di esercizio~1.2 V

20 Pile Zinco Crbone (Leclnche lclin)

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22 Pile Zinco MnO 2 confronto: (Leclnche clssic e lclin)

23 Chimic dell btteri Pile Mgnesio Alluminio All nodo (-) Mg + 2OH - Mg(OH) 2 + 2e - Soluzione elettrolitic di KOH f.e.m.=1.9 V Al ctodo (+) 2 MnO 2 + 2e - + H 2 O Mn 2 O OH - Rez. Globle Mg + 2 MnO 2 + H 2 O Mn 2 O 3 + Mg(OH) 2 Rezione concomitnte: Mg + 2H 2 O Mg(OH) 2 +H 2 Potenzile di esercizio~1.7 V Densità di energi 125 Wh/kg 330 Wh/lit

24 Pile d ossido di mercurio Ruben- Mllory Chimic dell btteri Al ctodo (+) HgO + H 2 O +2e - Hg + 2 OH - All nodo (-) + 2 OH - (OH) 2 + 2e - O + H 2 O Rez. Globle + HgO O + Hg Rimne costnte l composizione dell elettrolit Soluzione elettrolitic di KOH Hg che si form essendo un metllo mntiene elevt l conducibilità elettronic del ctodo f.e.m.=1.35 V Potenzile di esercizio~1.25 V Densità di energi 100 Wh/kg 470 Wh/lit

25 Pile d ossido di rgento Soluzione elettrolitic di KOH Chimic dell btteri f.e.m.=1.8 V Al ctodo (+) Ag 2 O + H 2 O +2e - 2Ag + 2 OH - All nodo (-) Rez. Globle + 2 OH - (OH) 2 + 2e - O + H 2 O Potenzile di esercizio~1.6 V + Ag 2 O O + 2Ag Rimne costnte l composizione dell elettrolit Ag che si form essendo un metllo mntiene elevt l conducibilità elettronic del ctodo Densità di energi 120 Wh/kg 500 Wh/lit