Ogniwo polipyrolowe (wtórne)

Ogniwa wtórne w znacznym stopniu odwracalne ( akumulatory ), są to układy w których w przeciwieństwie do pierwotnych ogniw galwanicznych przez doprowadzenie prądu elektrycznego z zewnątrz daje się odtworzyć jego wyjściowy stan chemiczny zmieniony przez pracę ogniwa. Uzyskują one zdolność dostarczania energii elektrycznej dopiero po odpowiednim spolaryzowaniu ( naładowaniu ) przy użyciu obcego źródła prądu.

Pojemność takiego akumulatora ( oznaczana w amperogodzinach ) przy założonej szybkości wyładowania zależy od ciężaru przetworzonej masy aktywnej, którą nie musi być koniecznie metal, jak w pierwotnych ogniwach galwanicznych, lecz zazwyczaj nierozpuszczalny w wodzie związek metalu, charakteryzujący się możliwością uzyskania potencjału elektrycznego w zetknięciu z roztworem elektrolitu. Od akumulatora wymaga się szczególnie dużej pojemności liczonej na jednostkę masy. Nie mogą w nim przebiegać żadne inne uboczne procesy chemiczne które mogły by uszkodzić konstrukcję ogniwa atakując jego tworzywo bądź których przebieg wywołał by zmniejszenie możliwości i długotrwałości magazynowania energii. Przebieg przeciwstawnych reakcji powinien być możliwie zbliżony do przebiegu odwracalnego podczas ładowania i rozładowywania.

Odbywające się na elektrodach procesy utleniania i redukcji, powodujące zmiany właściwości biorących w tym udział są właśnie przyczyną występowania siły elektromotorycznej. Procesy utleniania i redukcji stanowią podstawę działania wszelkich ogniw.

Schemat wykonania ćwiczenia

1. Odważono 3,5 g LiClO₄ i rozpuszczono w 100 cm³ metanolu

2. Roztwór przeniesiono do zlewki i dodano 1,5 cm³ pyrolu

3. W roztworze zanurzono dwie elektrody platynowe ,które to elektrody usytuowano równolegle

4. Elektrody połączono z zasilaczem oraz woltomierzem w sposób równoległy

5. Przeprowadzono elektrolizę napięciem 6V

6. Po upływie około 2 minut obrócono o 180 stopni elektrodę dodatnią i dalej prowadzono elektrolizę

7. Po zakończeniu elektrolizy ( około 45 minut ) wyjęto elektrodę z osadzonym polipyrolem

8. Do zlewki o pojemności 150 ml wlano 100 ml wody destylowanej i rozpuszczono w niej 5,0 g LiClO₄

9. Do tak przygotowanego roztworu zanurzono „pokrywkę zlewki” z zamocowanymi elektrodami : a) polipyrolową b) cynkową

10. Do powstałego ogniwa podłączono woltomierz i sprawdzono wartość napięcia

11. Następnie wykonano charakterystykę ogniwa U=f(t) przy obciążeniu 100 mieszając

Podział ogniw

Ogniwo galwaniczne jest układem dwóch elektrod graniczących ze sobą w taki sposób, że możliwa jest wędrówka ładunku elektrycznego z jednej elektrody do drugiej po połączeniu tych elektrod przewodem na zewnątrz ogniwa. Proces wypadkowy obu tych reakcji składowych jest reakcją zachodzącą w ogniwie. Reakcja tak biegnąca jest źródłem pracy elektrycznej, której może dostarczyć ogniwo galwaniczne. Zależnie od rodzaju procesu sumarycznego ogniwa dzielimy na 2 zasadnicze typy :

1. ogniwa chemiczne, w których praca elektryczna powstaje dzięki reakcji chemicznej

2. ogniwa stężeniowe, w których źródłem energii elektrycznej jest tzw. Praca osmotyczna związana z procesem wyrównywania się elektrolitu lub fazy metalicznej elektrod lub też praca wyrównywania się ciśnień gazów tworzących dane układy elektrodowe

Oprócz wymienionego wyżej podziału stosuje się również podział na ogniwa odwracalne i ogniwa nieodwracalne

1. ogniwa w których reakcja zachodzi dopiero po połączeniu elektrod przewodnikiem, przy czym w obwodzie płynie wtedy prąd elektryczny

2. ogniwa, w których reakcja chemiczna zachodzi na elektrodach nawet wtedy, gdy nie występuje przepływ prądu elektrycznego

Nie tylko jednak reakcje chemiczne są wykorzystywane obecnie do wytwarzania prądu elektrycznego. Stosuje się również w mniejszym zakresie do celów specjalnych półprzewodnikowe ogniwa słoneczne oraz ogniwa działające na zasadzie wykorzystywania energii różnych izotopów promieniotwórczych. Ogniwa elektryczne dzieli się na takie, które po wyczerpaniu nie dają się regenerować czyli ogniwa pierwotne oraz takie, które metodą ładowania łatwo się regenerują czyli ogniwa wtórne tzw. akumulatory.

Elektrochemia ogniw wtórnych na przykładzie akumulatora Plantego

Gaston Plante budował ogniwa wtórne potrzebne mu do doświadzczeń z prądem elektrycznym. Dla uzyskania większej mocy stosował on długie pasy cienkiej blachy ołowianej, które oddzielone grubym suknem związywał spiralnie i umieszczał w naczyniach z 10% roztworem kwasu siarkowego(VI). Połączone równolegle w baterię ładował za pomocą dwu niewielkich ogniw Funsena, a następnie, łącząc ponad 800 ogniw, uzyskiwał prąd o niezwykle wysokim napięciu wynoszącym około 1700V.

Ogniwa wtórne w znacznym stopniu odwracalne ( akumulatory ) są to układy w których przez doprowadzenie prądu elektrycznego z zewnątrz daje się odtworzyć jego wyjściowy stan chemiczny zmieniony przez pracę ogniwa.

Przemiany ilościowe w akumulatorach, podobnie jak procesy zachodzące w zwyczajnych ogniwach galwanicznych przy elektrolizie, przebiegają zgodnie z prawami Faradaya. Od akumulatora wymaga się stosunkowo dużej pojemności liczonej na jednostkę masy (Ah/kg).

Wyniki pomiarów

Czas[min]	U[V]
1	1,195
2	1,235
3	1,238
4	1,233
5	1,224
6	1,214
7	1,204
8	1,191
9	1,18
10	1,169
11	1,157
12	1,147
13	1,135
14	1,125
15	1,116
17	1,098
19	1,081
21	1,086
23	1,071
25	1,053
27	1,036
29	1,021
31	1,003
33	0,988
35	0,972
37	0,959
39	0,948
41	0,938
43	0,928
45	0,917
47	0,908
49	0,900
51	0,892
53	0,881
55	0,868
57	0,859
59	0,846
61	0,839
63	0,820
65	0,794
67	0,748
69	0,737
71	0,729
73	0,720
75	0,711
80	0,686
85	0,657
90	0,626
95	0,596
100	0,562
SEM=1,269V

Wnioski

Celem wykonanego zadania była konstrukcja i charakterystyka ogniwa zbudowanego z elektrody polipyrolowej i cynkowej.

Na podstawie przeprowadzonych pomiarów U od t sporządzono wykres, po którego analizie możemy wnioskować, że przykładając do ogniwa polipyrolowego opór obserwuje się spadek napięcia wraz z upływem czasu. Akumulator wyładowuje się. Spadek napięcia jest wyraźnie zaznaczony przy oporze 100 omów.

---