Sprawozdanie

Nr grupy : 31T1 Nr zespołu :6	Ćwiczenie nr 6	Data wykonania ćwiczenia: 8.05.13
Artur Bukowczan Marta Twardowska Aneta Walczyk Karolina Wilk	Temat: Pomiar pojemności ogniwa chemicznego.

1. Wstęp teoretyczny.

Ogniwa odwracalne, zwane inaczej akumulatorami, to ogniwa, w których można za pomocą przyłożonego z zewnątrz prądu elektrycznego przeprowadzić produkty reakcji elektrodowych ponownie w substraty. Wyróżniamy kilka typów ogniw:
- niklowo-kadmowe [Ni-Cd]
- niklowo-metalowo-wodorowe [NiMH]
- litowo-jonowe [Li-Ion]
Jednym z najbardziej rozpowszechnionych akumulatorów jest ogniwo niklowo-metalowo-wodorowe.

W ogniwie typu Ni-MH stanowi porowaty intermetalik, który przeważnie składa się z niklu, manganu, chromu, magnezu, kobaltu i glinu. Jako klucza elektrolitycznego przeważnie używa się poliamidów lub polietylenu, a sam elektrolit ma odczyn zasadowy.

Akumulatory te są znacznie lepsze od zwykłych akumulatorów niklowo-kadmowych ponieważ nie zawierają toksycznych związków kadmu, mają od dwóch do trzech razy większą pojemność oraz o wiele mniejszy efekt pamięci. Niestety w akumulatorach tych występuje tzw. efekt leniwej baterii powstający na skutek niecałkowitego rozładowania. Efekt ten można usunąć za pomocą ładowarki z opcją całkowitego rozładowania.

Po przełączeniu ogniwa w stan bezprądowy (etap relaksacji ogniwa) następuje homogenizacja materiału katodowego, czemu towarzyszy wzrost napięcia do określonej wartości równowagowej. Zrelaksowane w ten sposób ogniwo jest gotowe do kolejnego cyklu rozładowania.

W czasie ładowania/rozładowywania baterii zachodzą następujące reakcje:

- anoda:

H₂O + M + e⁻ ↔ OH⁻ + MH

- katoda:

Ni(OH)₂ + OH⁻ ↔ NiO(OH) + H₂O + e⁻

Wadą tego ogniwa jest wymaganie całkowitej szczelności, aby zapobiec wydzielaniu się wodoru do atmosfery. Dodatkowo wewnątrz musi panować duże ciśnienie.

W obu reakcjach „M” oznacza intermetalik. Najpopularniejsze intermetaliki na chwilę obecną oznaczone są jako AB5 (A to metale ziem rzadkich – prazeodym, lantan cer lub neodym, a A – nikiel, glin, magnez) i AB2 ( A – tytan i wanad, B – cyrkon lub nikiel modyfikowany cyrkonem, kobaltem lub chromem).

1. Przebieg ćwiczenia.

1. Dokonanie pomiaru napięcia ogniwa nieobciążonego Ni-MH za pomocą multimetru.

2. Połączenie szeregowo ogniwo z opornikiem 10Ω.

3. Mierzenie multimetrem natężenie prądu.

4. Na podstawie dokonanych odczytów określenie zależności prądu rozładowania od czasu.

5. Zmierzenie napięcia rozładowanego ogniwa.

1. Opracowanie wyników.

Potencjał nieobciążonego ogniwa podany przez producenta: E_p = 1,500 [V]

Potencjał nieobciążonego ogniwa zmierzony na multimetrze: E_p = 1,3374 [V]

Tabela ukazująca zmianę prądu rozładowania od czasu:

Czas [min]	Natężenie [mA]	Czas [min]	Natężenie [mA]	Czas [min]	Natężenie [mA]
0	2100	40	2194	81	85,10
1	2335	41	2189	82	81,24
2	2129	42	2178	83	77,80
3	2126	43	2078	84	74,78
4	2040	44	2072	85	71,72
5	1926	45	2051	86	69,92
6	2074	46	2026	87	66,43
7	2114	47	1998	88	64,14
8	2010	48	2112	89	61,90
9	2096	49	1972	90	59,02
10	2087	50	1747	91	57,38
11	2092	51	1522	92	55,01
12	2134	52	1326	93	54,05
13	2110	53	1134	94	52,54
14	2075	54	964	95	50,90
15	2056	55	824	96	49,68
16	2067	56	714	97	48,50
17	2066	57	621	98	47,08
18	2088	58	545	99	45,73
19	2072	59	483	100	44,55
20	2063	60	428	101	43,37
21	2138	61	383	102	42,27
22	2104	62	343	103	41,25
23	2214	63	312	104	40,27
24	2241	64	282	105	39,35
25	2240	65	257	106	38,46
26	2248	66	235	107	37,61
27	2237	67	218	108	36,72
28	2234	68	198	109	35,98
29	2338	69	184	110	35,28
30	2338	70	171	111	34,60
31	2369	71	142,73	112	33,91
32	2388	72	134,68	113	33,26
33	2393	73	128,08	114	32,62
34	2400	74	122,08	115	32,03
35	2105	75	116,47	116	31,43
36	2217	76	110,55	117	30,80
37	2226	77	98,41	118	30,31
38	2218	78	93,14	119	29,02
39	2209	79	89,72	120	29,26
40	2204	80	89,15

Wykres

Obliczona pojemność ogniwa za pomocą metody trapezów: 2075,94 [mAh]

czas h	całka
0,00	36,95833
0,02	37,2
0,03	35,45833
0,05	34,71667
0,07	33,05
0,08	33,33333
0,10	34,9
0,12	34,36667
0,13	34,21667
0,60	37,025
0,62	37,03333
0,63	36,89167
0,65	36,775
0,67	36,65
0,68	36,525
0,70	36,39167
0,72	35,46667
0,73	34,58333
0,75	34,35833
0,77	33,975
0,78	33,53333
0,80	34,25
0,82	34,03333
0,83	30,99167
0,85	27,24167
0,87	23,73333
0,88	20,5
0,90	17,48333
0,92	14,9
0,93	12,81667
0,95	11,125
0,97	9,716667
0,98	8,566667
1,00	7,591667
1,02	6,758333
1,03	6,05
1,05	5,458333
1,07	4,95
1,08	4,491667
1,10	4,1
1,12	3,775
1,13	3,466667
1,15	3,183333
1,17	2,958333
1,18	2,608333
1,20	2,3
1,22	2,183333
1,23	2,083333
1,25	1,983333
1,27	1,883333
1,28	1,733333
1,30	1,591667
1,32	1,516667
1,33	1,45
1,35	1,383333
1,37	1,316667
1,38	1,258333
1,40	1,208333
1,42	1,166667

Zakres pojemności ogniwa podany przez producenta: 2300-2500 [mAh]

Potencjał rozładowanego ogniwa natychmiast po zakończeniu ćwiczenia: E_k = 1,00 [V]

Potencjał rozładowanego ogniwa 10 minut od zakończeniu ćwiczenia: E_k = 1,13 [V]

1. Wnioski

Wyznaczona pojemność ogniwa jest niższa od podanej przez producenta. Może to wynikać z błędów podczas pomiarów oraz niedoskonałości wykorzystywanych urządzeń. Potencjał ogniwa po zakończeniu ćwiczenia jest niższy niż ten po 10 minutach, co spowodowane jest dążeniem do stanu równowagi - zjawisko relaksacji. Napięcie początkowe jest niższe niż podaje producent. Powodem może być przechowywanie baterii w nieodpowiednich warunkach lub wcześniejszym przeładowanie. Początkowe pomiary natężenia prądu nie układają się w taki wykres, jaki podaje literatura. Może to być związane z nagrzewaniem się baterii oraz połączenia baterii z multimetrem.