Гибриды аккумуляторов и суперконденсаторов.

[Nobody85]

Здравствуйте. Прошу извинения, если мой вопрос окажется глупым. Возьмём какой-нибудь аккумулятор, допустим, свинцово-кислотный. Зарядим его полностью, до "кипения", т. е. до начала разложения воды. Подождём немного, чтобы пузырьки газов покинули электроды. Теперь приложим к клеммам (сохраняя ту же полярность) постоянное напряжение чуть меньшее, чем то, при котором разлагается электролит. Можно ли таким образом запасти в аккумуляторе немного дополнительной энергии за счёт образования у поверхности электродов двойного электрического слоя, похожего на тот, который образуется в ионисторе при его зарядке? Можно ли таким путём существенно увеличить удельную энергоёмкость аккумулятора, если использовать электроды с очень развитой поверхностью? Не этот ли способ реализован в так называемых "литий-ионных конденсаторах"?    

[antabu]

Разность потенциалов на пластинах аккумулятора уже есть, её изменение от внешнего источника приведёт к протеканию тока и электрохимической реакции.

Про литиевые источники см. статью Литий-ионные аккумуляторы: что дальше? А.М.Скундин ХиЖ 2016 №7 с.6.

[Nobody85]

Ну почему? Не приведёт. Пусть наш аккумулятор (любой) полностью заряжен. Снова подадим на него напряжение, но теперь на 0,1 В меньше, чем то, при котором разлагается электролит. При этом в аккумуляторе запасётся дополнительная энергия, после чего тока не будет.

Изменено 21 Августа, 2016 в 06:59 пользователем Nobody85

[mypucm]

Ну-ну. Подадим напряжение меньше, чем у заряженного аккумулятора? У заряженного свинцового - около 2 В, хорошо за пределами стабильности водного раствора. Дык при этом наш аккумулятор просто начнет разряжаться! Двойной электрический слой там и так был.

[Nobody85]

Согласен. Хорошо, давайте возьмём другой пример, просто для иллюстрации. Возьмём обычную щелочную батарейку с напряжением 1,5 В и подадим на неё 1,7 В. Это меньше, чем нужно для электролиза раствора щёлочи. Накопится ли в батарейке при этих условиях хотя бы небольшое дополнительное количество энергии? Повысится ли её напряжение?

[Максим0]

Согласен. Хорошо, давайте возьмём другой пример, просто для иллюстрации. Возьмём обычную щелочную батарейку с напряжением 1,5 В и подадим на неё 1,7 В. Это меньше, чем нужно для электролиза раствора щёлочи. Накопится ли в батарейке при этих условиях хотя бы небольшое дополнительное количество энергии? Повысится ли её напряжение?

Сделайте оценку масштаба эффекта - и займитесь более полезными делами.

[Vlad123]

Своего рода гибрид аккумулятора и конденсатора уже существует - псевдоконденсатор.

3) Псевдоконденсаторы — ионисторы, использующие обратимые электрохимические процессы на поверхности электродов. Имеют высокую удельную ёмкость. Электрохимическая схема: (-) Ni(H) / 30 % водный раствор КОН / NiOOH (+); (-) С(Н) / 38 % водный раствор Н₂SO₄ / PbSO₄(РbO₂) (+)^[3].

 

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%BE%D0%BD%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%80

[Arkadiy]

Согласен. Хорошо, давайте возьмём другой пример, просто для иллюстрации. Возьмём обычную щелочную батарейку с напряжением 1,5 В и подадим на неё 1,7 В. Это меньше, чем нужно для электролиза раствора щёлочи. Накопится ли в батарейке при этих условиях хотя бы небольшое дополнительное количество энергии? Повысится ли её напряжение?

Если Вы снизите внешнее напряжение ниже потенциала аккумулятора, то он будет уже не заряжаться, а разряжаться. Если бы дадите на батарейку повышенный потенциал, то там могут идти некие другие нештатные процессы, которые  могут привести к ее выходу из строя, иногда с эффектом и ее ликвидацией. У батарейки есть омическое сопротивление, повысив напряжение, вы просто увеличите ток, протекающий через батарейку от заряжающего устройства. Так как зависимость такого сопротивления от напряжения скорее всего нелинейная, ток может вырасти в десятки раз, что приведет к ее разрушению.

Электрическая емкость конденсатора с поверхностью электродов, как у батарейки в тысячи раз ниже электрохимической, поэтому измерить эффект невозможно, к томуже после отключения источника напряжения, напряжение на электродах батарейки сразу станет штатным. Зная удельную поверхность материалов электьродов вы можете легко посчитать такую емкость, если не прогуливали уроки физики

[Vlad123]

Оксид рутения — псевдоконденсатор, и помимо возникновения двойного электрического слоя, в котором и запасается энергия конденсатора, в нем протекают обратимые электрохимические процессы, связанные проникновением различных ионов в активный материал электродов. То есть он сочетает в себе свойства аккумулятора и конденсатора. 

Поверхностная емкость у полученного устройства составила около 3,5 фарада на квадратный сантиметр. Для сравнения, более традиционные материалы конденсаторов, такие как активированный уголь, графен и углеродные нанотрубки обладают емкостями порядка 0,5-2,1 микрофарада на квадратный сантиметр. Такое большое значение емкости соответствует высоким значениям запасенной поверхностной энергии — порядка 126 микроватт-часов на квадратный сантиметр, всего в 10 раз меньше, чем у литий ионных аккумуляторов.

 

https://nplus1.ru/news/2015/10/01/micro-supercapacitor

[Хоббит)]

... Можно ли таким образом запасти в аккумуляторе немного дополнительной энергии за счёт образования у поверхности электродов двойного электрического слоя, похожего на тот, который образуется в ионисторе при его зарядке? Можно ли таким путём существенно увеличить удельную энергоёмкость аккумулятора, если использовать электроды с очень развитой поверхностью?...

Если посмотреть на тему общо, то нужно разделить два условных вида накопленной энергии : физическая в конденсаторе и химическая в веществах, которые образуются и расходуются в окислительно-восстановительных электродных процессах. Величина каждого вида энергии задаётся своими параметрами, и поэтому может быть и больше, и меньше другой.

Если рассмотреть процесс накопления видов энергии во времени, то обычно используют, как написано в Википедии, например, т.е. сначала заряжается конденсатор, а после, по мере повышения напряжения, начинаются накопления продуктов реакций на электродах - химическое накопление. В случае, если удастся полностью перевести все ионы, участвовавшие в первом, физическом этапе, в химические формы, то накопленная химическая энергия будет всегда больше физической. В противном случае можно улучшать свойства поверхности и электролит так, чтобы физическая форма была больше или сравнима с химической.

Теоретически возможен и другой порядок накопления : сначала копится химическая энергия, а потом - физическая. Но тогда в первом процессе каждый раз на электродах должна образовываться очень развитая структура проводящей поверхности, на которую после завершения первой фазы зарядки "лягут" оставшиеся ионы раствора. Кстати, после завершения второй стадии напряжение на электродах будет расти, и можно сделать и третью, химическую стадию, когда разложится и сам электролит, продолжая накопление химической энергии. Элемент с тремя стадиями зарядки будет обладать большей ёмкостью, чем с двумя, но с меньшей ёмкостью, чем обычный химический аккумулятор с одной стадией накопления, где в процессе накопления разлагается весь электролит. Вероятно, имеет смысл стремиться именно к последнему варианту, а примером такого электролита могут быть расплавы или другие проводящие в нормальных условиях жидкости.

Изменено 25 Августа, 2016 в 23:29 пользователем Хоббит)