TELEFONIA BEZPRZEWODOWA

Ogólny wzór układu elektrodowego stosowanego w bateriach, a więc urządzeniach o wielokrotnych możliwościach zasilania i ładowania: MH_n/NiO(OH).

materiały anodowe: MH_n

Najczęściej są to stabilne wodorki niestechiometrycznych związków międzymetalicznych o wiązaniu metalicznym (metale grup od III do VIII):

a) LaNi₅H₆

b) TiFeH₂ i ZrNiH₃

c) TiNiH_x 0<x=<2

d) Zr₂PdH₂

e) ZrV₂H_5,5 i ZrCr₂H_4,1

W odniesieniu do materiału pod punktem a), układem wyjściowym jest związek międzymetaliczny o wzorze LaNi₅. Każda cząsteczka przy ciśnieniu p = 2.5 atm. absorbuje 6 atomów wodoru

LaNi₅ + 3H₂ <-->  LaNi₅H₆

Opisana reakcja absorpcji/desorpcji wodoru jest odwracalna.

Wodór jako atrakcyjne paliwo jest znacznie bardziej bezpieczny przy magazynowaniu go w formie wodorków metali, niż jako skroplona ciecz. Reakcja chemisorpcji wodoru z fazy gazowej ze związkami międzymetalicznymi zachodzi samorzutnie i egzotermicznie już przy niskim ciśnieniu wodoru.

Izoterma absorpcji i desorpcji wodoru przez związek międzymetaliczny.

Uzyskuje się dużą gęstość objętościową wodoru przekraczającą na ogół gęstość objętościową ciekłego wodoru przy nieporównanie mniejszym prawdopodobieństwie wybuchu.

Reakcja anodowa przebiega w alkalicznym wodnym roztworze elektrolitu, w wyniku której uzyskujemy strumień elektronów przekazywany do obwodu zewnętrznego:

MH_n + nOH^- <--> M + nH₂O + ne^-

gdzie M jest symbolem związku międzymetalicznego.

Czyli np. (LaNi₅)H₆ + 6OH^- <---> LaNi₅ + 6H₂O + 6e^-

Reakcja katodowej redukcji jest następująca:

6NiO(OH) +6e^- + 6H₂O <--> 6Ni(OH)₂ +6OH^-

Ni ³⁺ + e^- <--> Ni ²⁺

Schemat baterii: MH_n | KOH_aq | NiO(OH)

Stopy wieloskładnikowe odwracalnie absorbujące i desorbujące wodór stosowane są również jako materiał elektrod wodorowych w ogniwach paliwowych.

W odwracalnych wyżej omówionych bateriach alkalicznych jako najnowsze związki wyjściowe do tworzenia chemiwodorków zaczęto stosować stopy międzymetaliczne o składzie:

               1) La _0,8 Nd _0,2 Ni_2,5 Co _2,4 Si _0,1

               2) Ti _0,98 Zr _0,02 V_0,43 Fe _0,9 Cr _0,5 Mn _1,5

               3) Ti _0,51 Zr _0,49 V_0,76 Ni _1,18 Cr _0,21

Stopy te wykazują dużą pojemność absorpcji wodoru już przy ciśnieniu zbliżonym do atmosferycznego.

Akumulatory litowo-jonowe

W telefonii bezprzewodowej jak również w wielu innych urządzeniach zwanych małą elektroniką, do zasilania urządzeń stosuje się również najnowszej generacji tzw. akumulatory litowo - jonowe W takim elektrochemicznym odwracalnie pracującym ogniwie materiałem anodowym (źródłem elektronów) jest materiał węglowy, np. grafity, grafitowane węgle, koksy z wprowadzonymi (interkalowanymi) atomami litu, Li_xC₆, a nie czysty metaliczny lit, Li⁰.

Struktura grafitu. Słabe siły van der Waalsa wiążą warstwy węgli powiązanych siłami kowalencyjnymi	Struktura grafitu i wprowadzone do niego atomy litu (rzut z góry).

Przy reakcji anodowego utleniania uzyskujemy strumień elektronów w obwodzie zewnętrznym i strumień jonów Li⁺ w roztworze układu elektrochemicznego

Li_xC₆ <--> 6C + xLi⁺ + xe^-

Atomy litu są usieciowane w warstwowej strukturze grafitu.

Materiałem katodowym są tlenki metali, np. dwutlenek manganu (MnO₂), kobaltu (CoO₂), molibdenu (MoO₂) niklu (NiO₂) lub tytanu (TiO₂) o właściwościach półprzewodnikowych i strukturze warstwowej. Jony litu w wyniku reakcji anodowej przechodzą w międzywarstwy np. MnO₂ tworząc związki interkalacyjne typu niestechiometrycznego Li_1-xMnO₂. Bardzo często zamiast wymienionych tlenków metali, stosuje się już ich interkalaty niestechiometryczne jako materiały katodowe: Li_1-xMnO₂ przy 1-x << 1.

Reakcja katodowej redukcji:

MnO₂ + xLi⁺ + xe^- <-->Li_1-xMnO₂

Schemat akumulatora litowo – jonowego, przy zastosowaniu jednego z materiałów katodowych, patrz Tab.1.

Li_xC₆ | niewodny roztwór elektrolitu | Li_1-xMn₂O₄

Tab. 1. Wybrane materiały anodowe i katodowe, ich średnie napięcia (V) i teoretyczne energie właściwe (Wh/kg) akumulatorów (baterii) litowo – jonowych.

Anoda	katoda	średnie napięcie (V)	teor. en. właściwa(Wh/kg)
LiXC6 (k)	Li1-XCoO2	3,5	276
LiXC6 (k)	Li1-XNiO2	3,4	321
LiXC6 (k)	Li1-XMn2O4	3,7	305
LiXC6 (g)	Li1-XCoO2	3,6	360
LiXC6 (g)	Li1-XNiO2	3,5	444
LiXC6 (g)	Li1-XMn2O4	3,8	403

Struktura warstwowa omawianych tlenków metali jako materiałów katodowych i wnikanie jonów litu z tworzeniem związków interkalacyjnych. Schemat wnikania litu do przerwy van der Waalsa między warstwami związku w MnO₂.

A więc w tych ogniwach wielokrotnego użytku, oba materiały elektrodowe są związkami interkalacyjnymi.