تحقیق پیل حرارتی 21 ص

دسته بندي : دانش آموزی و دانشجویی » دانلود تحقیق
لینک دانلود و خرید پایین توضیحات
دسته بندی : وورد
نوع فایل :  word (..doc) ( قابل ويرايش و آماده پرينت )
تعداد صفحه : 22 صفحه

 قسمتی از متن word (..doc) : 
 

‏پیل حرارتی
‏مقدمه
‏پیلهای حرارتی مهمترین جزء باتری حرارتی به شمار می‌آیند. باتریهای ‏حرارتی ، باتریهایی هستند که بخاطر دارا بودن یک سری ویژگیهای منحصر به فرد ، برای ‏استفاده در اهداف نظامی کاملا مناسب می‌باشند. در این مقاله پیلهای حرارتی معرفی و ‏طبقه بندی می‌شوند. سپس اجزای پیلهای حرارتی شامل آند ، کاتد و الکترولیت این پیلها ‏و مواد تشکیل دهنده آنها معرفی می‌شود. باتری حرارتی یک منبع تولید کننده ‏جریان ‏الکتریکی ‏است که به علت دارا بودن چگالی جریان بالا و قابلیت اطمینان زیاد و ‏عمر طولانی ، به منظور تأمین جریان الکتریکی مورد نیاز در سلاحهای نظامی بکار ‏می‌روند. این جریان الکتریکی بوسیله تعدادی پیل تولید می‌شود. بر حسب اینکه جریان ‏مصرفی مورد نیاز چقدر باشد، تعداد پیلها ، نحو ه آرایش آنها به صورت سری یا موازی و ‏نیز ابعاد الکترودها متفاوت خواهد بود.
‏ساختمان پیل
‏هر پیل از سه بخش اصلی و سه بخش فرعی تشکیل شده است. اجزای ‏اصلی عبارتند از: کاتد (قطب منفی) ، الکترولیت و آند (قطب مثبت). اجزای فرعی نیز ‏عبارتند از جمع کننده جریان قطب مثبت ، جمع کننده جریان قطب منفی و منابع گرمایی. ‏برخلاف سایر ‏پیلهای شیمیایی ‏که دارای الکترولیت مایع ‏هستند، در پیلهای حرارتی ، الکترولیت در دمای محیط ، جامد و غیر هادی است، لذا در ‏شرایط معمولی پیل غیر فعال خواهد بود. اما زمانی که الکترولیت به صورت مذاب در آید، ‏یونیزه می‌شود و ‏هدایت الکتریکی ‏بسیار زیادی پیدا می‌کند. ‏ابن عامل باعث می‌شود تا واکنش الکتروشیمیایی بین آند و کاتد برقرار شود و جریان ‏الکتریکی در پیل تولید گردد. این جریان توسط جمع کننده‌ها انتقال می‌یابد. ‏الکترولیت زمانی به صورت مذاب در می‌آید که تا دمایی بالاتر از نقطه ذوبش گرم شود. ‏این گرما از طریق منابع گرمایی موجود در لابلای پیلها تأمین می‌شود.
‏پیل حرارتی
‏مقدمه
‏پیلهای حرارتی مهمترین جزء باتری حرارتی به شمار می‌آیند. باتریهای ‏حرارتی ، باتریهایی هستند که بخاطر دارا بودن یک سری ویژگیهای منحصر به فرد ، برای ‏استفاده در اهداف نظامی کاملا مناسب می‌باشند. در این مقاله پیلهای حرارتی معرفی و ‏طبقه بندی می‌شوند. سپس اجزای پیلهای حرارتی شامل آند ، کاتد و الکترولیت این پیلها ‏و مواد تشکیل دهنده آنها معرفی می‌شود. باتری حرارتی یک منبع تولید کننده ‏جریان ‏الکتریکی ‏است که به علت دارا بودن چگالی جریان بالا و قابلیت اطمینان زیاد و ‏عمر طولانی ، به منظور تأمین جریان الکتریکی مورد نیاز در سلاحهای نظامی بکار ‏می‌روند. این جریان الکتریکی بوسیله تعدادی پیل تولید می‌شود. بر حسب اینکه جریان ‏مصرفی مورد نیاز چقدر باشد، تعداد پیلها ، نحو ه آرایش آنها به صورت سری یا موازی و ‏نیز ابعاد الکترودها متفاوت خواهد بود.
‏ساختمان پیل
‏هر پیل از سه بخش اصلی و سه بخش فرعی تشکیل شده است. اجزای ‏اصلی عبارتند از: کاتد (قطب منفی) ، الکترولیت و آند (قطب مثبت). اجزای فرعی نیز ‏عبارتند از جمع کننده جریان قطب مثبت ، جمع کننده جریان قطب منفی و منابع گرمایی. ‏برخلاف سایر ‏پیلهای شیمیایی ‏که دارای الکترولیت مایع ‏هستند، در پیلهای حرارتی ، الکترولیت در دمای محیط ، جامد و غیر هادی است، لذا در ‏شرایط معمولی پیل غیر فعال خواهد بود. اما زمانی که الکترولیت به صورت مذاب در آید، ‏یونیزه می‌شود و ‏هدایت الکتریکی ‏بسیار زیادی پیدا می‌کند. ‏ابن عامل باعث می‌شود تا واکنش الکتروشیمیایی بین آند و کاتد برقرار شود و جریان ‏الکتریکی در پیل تولید گردد. این جریان توسط جمع کننده‌ها انتقال می‌یابد. ‏الکترولیت زمانی به صورت مذاب در می‌آید که تا دمایی بالاتر از نقطه ذوبش گرم شود. ‏این گرما از طریق منابع گرمایی موجود در لابلای پیلها تأمین می‌شود.
‏طبقه بندی پیلهای حرارتی
‏پیلهای حرارتی انواع گوناگونی دارند؛ اما می‌توان ‏بطور کلی آنها را به دو دسته پیلهای لیتیومی و پیلهای کلسیومی تقسیم نمود. طیف ‏گسترده‌ای از مواد به منظور ساخت اجزای پیل مورد استفاده قرار می‌گیرند؛ ولی نحوه ‏انتخاب آنها باید به گونه‌ای باشد که بتواند بر حسب نیاز ، بهترین سطح ‏ولتاژ ‏و ‏جریان ‏را تأمین نماید. در پیلهای لیتیومی از لیتیم و ترکیبات آن و در پیلهای کلسیومی از ‏کلسیم و ترکیبات آن برای ساخت قطعات اصلی پیل استفاده می‌گردد. محدوده ولتاژ قابل ‏تأمین توسط هر پیل در حدود 1.5 تا 3.5 ولت است.
‏پیلهای لیتیومی
‏آند
‏در این پیلها ابتدا از لیتیوم خالص به عنوان آند استفاده می‌شد؛ اما ‏استفاده از این ماده مشکلاتی را به همراه داشت. لیتیوم خالص بیش از اندازه فعال است ‏و کار کردن با آن آسان نیست. از طرفی دارای نقطه ذوب پایینی است و در دمای 181 درجه ‏سانتیگراد ذوب می‌شود. در نتیجه در درجه حرارت عملکرد پیل ، به صورت مذاب در می‌آمد ‏و می‌تواند به سمت بیرون نشت پیدا کرده و باعث اتصال کوتاه شدن پیل می‌گردید. به ‏همین دلیل مجبور بودند لیتیوم مذاب را بوسیله یک قطعه اسفنجی مهار نمایند که این ‏کار نیز مشکلاتی را به همراه داشت. لذا دیگر از لیتیوم خالص برای اند استفاده نمی ‏شود، بلکه از آلیاژهای لیتیوم مانند لیتیوم- آلومینیوم و لیتیوم - سیلسیوم برای این ‏منظور استفاده می‌شود. این کار مزایای زیادی دارد: از جمله اینکه نقطه ذوب را ‏افزایش می‌دهد. به گونه‌ای که در درجه حرارت عملکرد پیل ، آند می‌تواند پایداری ‏حرارتی خود را حفظ نماید. از سوی دیگر ساخت و کاربردی کردن آن آسانتر ‏است.
‏بر طبق نمودار فازی لیتیوم - سیلیسیوم ، با افزایش درصد سیلیسیم در ‏آلیاژ ، نقطه ذوب ترکیب حاصل افزایش می‌یابد. بهترین حالت به ازای ترکیب 33 درصد ‏لیتیوم و 67 درصد سیلیسیوم بدست می‌آید که دارای نقطه ذوب 760 درجه است. اما از ‏آنجا که مقدار لیتیوم موجود در این ترکیب کم ایست. برای استفاده به عنوان آند چندان ‏مناسب نیست. برطبق نمودار ، ترکیب 44 درصد لیتیوم و 56 درصد سیلیسیوم مناسبترین آند
‏است؛ چرا که دارای نقطه ذوب 730 درجه است و میزان فعالیت آن نیز به اندازه کافی ‏می‌باشد.
‏ا‏لکترولیت
‏بطور معمول از نمکهای هالیدی فلزات قلیایی برای ساخت الکترولیت ‏استفاده می‌شود. این کار بخاطر قابلیت هدایت الکتریکی بسیار بالای این نمکها در ‏حالت مذاب است. نقطه ذوب هر یک از این نمکها بالاست. در صورتی که الکترولیت باید ‏دارای نقطه ذوب به نسبت پایینی باشد تا تأمین گرمای لازم برای رسیدن به نقطه ذوب ‏آسان باشد. به همین دلیل از ترکیب یوتکتیک دوگانه یا سه گانه این نمکها استفاده ‏می‌شود. ترکیب یوتکتیک به ترکیبی گفته می‌شود که کمینه نقطه ذوب را به ازای درصد ‏معینی از اجزای تشکیل دهنده‌اش دارا باشد. در پیلهای حرارتی بطور معمول از ترکیب ‏یوتکتیک کلریدهای لیتیوم و پتاسیم به عنوان الکترولیت استفاده می‌شود. نقطه ذوب هر ‏یک از این دو ماده به ترتیب 614 و 790 درجه سانتیگراد است. در حالی که نقطه ذوب ‏ترکیب یوتکتیک آنها برابر با 352 درجه سانتیگراد است.
‏در درجه حرارت عملکرد ‏پیل ، الکترولیت به صورت مذاب در می‌آید و ممکن است به بیرون نشت پیدا کند و از ‏آنجا که هادی است، می‌تواند باعث اتصال کوتاه پیل گردد. به منظور جلوگیری از این ‏پدیده ، مقدار معینی از ماده‌ای که نقطه ذوب بالایی داشته و از لحاظ شیمیایی نیز با ‏اجزای پیل سازگار باشد را بدان می‌افزایند. بطور معمول از اکسیدهای دیر گداز برای ‏این منظور استفاده می‌شود. در بیشتر پیلهای لیتیومی اکسید منیزیم بکار برده می‌شود ‏که در واقع به عنوان یک چسب عمل می‌کند و در نقطه ذوب الکترولیت ، آن را به صورت ‏خمیری شکل در آورده و از جاری شدن آن جلوگیری می‌کند.
‏کاتد
‏طیف گسترده‌ای از مواد به عنوان کاتد در پیلهای لیتیومی مورد استفاده ‏قرار می‌گیرند. اما بیشتر از سولفیدهای فلزی نظیر سولفید آهن ، بی سولفید آهن ، ‏سولفید مس و بی سولفید کبالت برای این منظور استفاده می‌شود. مهمترین مشخصه مواد ‏فعال کاتد این است که دارای پایداری حرارتی باشد تا در دمای عملکرد پیل دچار تجزیه