Viri toka so kemični. Vrste kemičnih virov toka in njihove naprave

Viri toka kemikalija (kratka za HIT) - naprave, pri katerih se energija reakcije oksidacije reducira v električno energijo. Druga imena so elektrokemijska celica, galvanska celica, elektrokemijska celica. Princip njihovega delovanja je naslednji: zaradi interakcije obeh reagentov pride kemijska reakcija s sproščanjem energije konstantnega električnega toka. V drugih virih toka je proces proizvodnje elektrike večstopenjska shema. Prvo dodeljeno toplotna energija,

Zgodovina

Kako so se pojavili prvi viri toka? Kemični viri so imenovali galvanske celice v čast italijanski znanstvenik Luigi Galvani iz osemnajstega stoletja. Bil je zdravnik, anatomist, fiziolog in fizik. Eno od smeri njegove raziskave je bilo preučevanje reakcij živali na različne zunanje vplive. Kemično metodo pridobivanja električne energije je naključno odkril Galvani, med enim poskusom na žabah. Povezal je dve kovinski plošči z golim živcem na žabji nogi. Istočasno je prišlo do mišične kontrakcije. Njegova lastna razlaga tega pojava Galvani je bila napačna. Toda rezultati njegovih eksperimentov in opazovanj so pomagali njegovemu rojaku Alessandro Volta v nadaljnjih študijah.

Volta je v svojih delih predstavil teorijo o pojavu električnega toka kot posledica kemične reakcije med dvema kovinama ob stiku z mišičnim tkivom žabe. Prvi kemični vir toka je izgledal kot posoda z raztopino slanice, v njej pa je bil prevlečen cink in baker.

V industrijskem merilu so začeli proizvajati v drugi polovici devetnajstega stoletja CCS, zahvaljujoč Francoz Leklanshe, ki je izumil primarne mangan, cink celice s soljo elektrolit, ki se imenuje po njem. Nekaj ​​let kasneje je ta elektrokemijska celica izboljšala še en znanstvenik in je bil edini primarni kemični vir toka do leta 1940.

Naprava in načelo delovanja HIT

kemična trenutni vir naprava vključuje dve elektrodi (vodnikov prve vrste) in intervenirajočimi elektrolita (vodnikom druge vrste, ali ion vodnika). Na meji med njimi je elektronski potencial. Elektroda, na kateri je redukcijsko sredstvo oksidirana, se imenuje anoda, in tista, na kateri je oksidant zmanjšan, je katoda. Skupaj z elektrolitom tvori elektrokemijski sistem.

Neželeni učinek reakcije oksidacije in redukcije med elektrodami je pojav električnega toka. Med takšno reakcijo reducirajoce sredstvo oksidira in oddaja elektrone k oksidantu, ki jih odvzame in s tem se povrne. Prisotnost med katodo in anodo elektrolita je nujen pogoj za reakcijo. Če preprosto pomešate praške iz dveh različnih kovin, nobena električna energija ne bo sproščena, vsa energija se sprosti kot toplota. Elektrolit je potreben za naročanje postopka prenosa elektronov. Najpogosteje v svoji kakovosti je fiziološka raztopina ali talina.

Elektrode izgledajo kot kovinske plošče ali rešetke. Ko potopimo v elektrolit, obstaja razlika v električnih potencialih med njimi - napetost odprtega vezja. Anoda običajno daje elektrone in katodo - na njihovo sprejemljivost. Na površini se začnejo kemične reakcije. Prenehajo, ko se tokokrog odpre in ko se porabi eden od reagentov. Stikalo se odpre, ko je odstranjena ena od elektrod ali elektrolita.

Sestava elektrokemijskih sistemov

Viri toka Kemijsko oksidanti se uporabljajo kot soli kisika kislin, kisik, halogenidi, višje kovinskih oksidov nitroorganic spojine in t. D. Reducenta njej so kovine in njihove nižje oksidi, vodik, in ogljikovodikovo spojine. Kako se uporabljajo elektroliti:

1. Vodne raztopine kislin, alkalij, soli itd.
2. Ne-vodne raztopine z ionsko prevodnostjo, dobljene z raztapljanjem soli v organskih ali anorganskih topilih.
3. Taljenje soli.
4. Trdne spojine z ionsko mrežo, v kateri je eden od ionov mobilen.
5. Matriksni elektroliti. To so tekoče raztopine ali taline, ki so v pore trdnega neprevodnega telesa, električnega nosilca.
6. Elektroliti izmenjave ionov. To so trdne spojine s fiksnimi ionogenskimi skupinami istega znaka. Joni drugega znaka so istočasno mobilni. Zaradi te lastnosti je prevodnost takšnega elektrolita enopolna.

Galvanske baterije

Klasifikacija HIT

Kemični viri toka se razlikujejo po:

• velikost;
• gradbeništvo;
• reagenti;
• narava reakcije, ki tvori energijo.

Ti parametri določajo operativne lastnosti HIT, primerne za določeno aplikacijo.

Razvrstitev elektrokemičnih celic temelji na razliki v načinu delovanja naprave. Glede na te značilnosti razlikujemo:

1. Primarni kemični viri toka so elementi posameznega dejanja. Imajo določeno količino reagentov, ki se porabi med reakcijo. Po popolnem izpustu ta celica izgubi učinkovitost. Na drug način se primarni HIT imenujejo galvanične celice. Praviloma jih je treba poklicati preprosto - element. Najpreprostejši primeri primarnega vira energije so "akumulator" AA.
2. Polnilne kemične vire tokovnih baterij (imenovane tudi sekundarne, reverzibilne HIT) so večkratni elementi. S sprejemom tok iz zunanjega tokokroga v obratni smeri preko baterije po polni reagente praznjenja preživel regeneriramo znova kopičijo kemično energijo (polni). Zaradi možnosti polnjenja iz zunanjega konstantnim tokom vira napravi se uporablja za dolgo časa, občasno polniti. Proces pridobivanja električne energije se imenuje izpraznitev akumulatorja. Za takšno HIT je mogoče pripisati baterije številnih elektronskih naprav (prenosnih računalnikov, mobilnih telefonov itd.).
3. Termični kemični viri toka so naprave neprekinjenega delovanja. Med delom se nenehno dobavljajo novi deli reagentov in odstranijo produkti reakcije.
4. V kombiniranih (pol gorivnih) galvanskih celicah je rezerviran eden od reagentov. Drugi se napaja v napravo od zunaj. Življenjska doba naprave je odvisna od rezerve prvega reagenta. Kombinirani kemični viri električnega toka se uporabljajo kot akumulatorji, če je mogoče obnoviti njihovo polnjenje s prenosom toka iz zunanjega vira.
5. HIT obnovljivi viri se mehansko ali kemično dopolnjujejo. Za njih je možno zamenjati porabljene reagente z novimi deli po polnem razrešnici. To pomeni, da niso neprekinjene naprave, temveč kot akumulatorji občasno napolnijo.

Značilnosti HIT

Glavne značilnosti virov kemične energije so:

1. Napetost odprtega kroga (NDC ali napetost pri praznjenju). Ta indikator je najprej odvisen od izbranega elektrokemičnega sistema (kombinacija redukcijskega sredstva, oksidanta in elektrolita). Tudi koncentracija elektrolita, stopnja izpusta, temperatura in drugi vplivajo na NRC. NDC je odvisen od vrednosti toka, ki poteka skozi HIT.
2. Moč.
3. Tok napajanja je odvisen od odpornosti zunanjega vezja.
4. Zmogljivost - največja količina električne energije, ki jo daje HIT, ko je popolnoma izpraznjen.
5. Skladiščenje energije je največja poraba energije, ko je naprava popolnoma prazna.
6. Energijske značilnosti. Za akumulatorje je to najprej zagotovljeno število ciklov polnjenja in praznjenja brez zmanjšanja kapacitivnosti ali napetosti polnjenja (vir).
7. Temperaturno območje delovanja.
8. Rok uporabnosti je največji dovoljeni čas med proizvodnjo in prvo številko naprave.
9. Življenjska doba je največja dovoljena skupna rok uporabnosti. Pri gorivnih celicah je življenjska doba pomembna pri neprekinjenem in občasnem obratovanju.
10. Celotna energija, dane za celotno življenjsko dobo.
11. Mehanska trdnost v zvezi z vibracijami, udarci itd.
12. Sposobnost dela v poljubnem položaju.
13. Zanesljivost.
14. Enostavnost vzdrževanja.

Zahteve za HIT

Zasnova elektrokemičnih celic mora zagotavljati pogoje, ki prispevajo k najučinkovitejšemu poteku reakcije. Ti pogoji vključujejo:

• preprečevanje uhajanja toka;
• enotno delo;
• mehanska trdnost (vključno s tesnostjo);
• ločevanje reagentov;
• dober stik med elektrodami in elektrolitom;
• trenutni odvod iz reakcijske cone na zunanji terminal z minimalnimi izgubami.

• najvišje vrednosti specifičnih parametrov;
• maksimalni temperaturni obseg delovanja;
• največji stres;
• minimalni stroški enote energije;
• Stabilnost napetosti;
• varnost zaračunavanja;
• varnost;
• preprostost storitve in, v idealnem primeru, ni potrebe po tem;
• dolgo življenjsko dobo.

Delovanje HIT

Glavna prednost primarnih galvanskih celic je, da ni potrebe po vzdrževanju. Preden začnete uporabljati, morate samo preveriti videz, datum poteka. Pri povezovanju je pomembno upoštevati polarnost in preveriti celovitost kontaktov naprave. Bolj zapleteni kemični viri tokovnih baterij zahtevajo resnejšo skrb. Namen njihove storitve je maksimirati življenjsko dobo. Skrb za baterijo je:

• vzdrževanje čistoče;
• spremljanje napetosti odprtega kroga;
• vzdrževanje ravni elektrolita (za ponovno polnjenje se lahko uporablja samo destilirana voda);
• nadzor koncentracije elektrolita (z uporabo hidrometra - preprosta naprava za merjenje gostote tekočin).

Pri delu z galvanskimi celicami je treba upoštevati vse zahteve v zvezi z varno uporabo električnih naprav.

Klasifikacija HIT po elektrokemijskih sistemih

Vrste kemičnih virov energije, odvisno od sistema:

• svinec (kislina);
• nikelj-kadmij, nikelj-železo, nikelj-cink;
• mangan-cink, baker-cink, živosrebrov cink, klor-cink;
• srebrn-cink, srebro-kadmij;
• zrak-kovine;
• nikelj-vodik in srebro-vodik;
• mangan-magnezij;
• litij itd.

Sodobna uporaba HIT

• vozila;
• prenosne naprave;
• vojaška in vesoljska tehnologija;
• znanstvena oprema;
• zdravila (srčni spodbujevalniki).

Poznani primeri HIT v vsakdanjem življenju:

• baterije (suhe baterije);
• baterije prenosnih gospodinjskih aparatov in elektronike;
• neprekinjeno napajanje;
• avtomobilske baterije.

Posebej široko uporabljeni so bili litijski kemični viri toka. To je posledica dejstva, da ima litij (Li) najvišjo specifično energijo. Dejstvo je, da se odlikuje po najbolj negativnih elektrodni potencial med vsemi drugimi kovinami. Litij-ionske baterije (LIA) presegajo vse ostale HIT v smislu specifične energije in delovne napetosti. Zdaj postopoma obvladujejo novo področje - avtomobilski prevoz. V prihodnosti bo razvoj znanstvenikov, ki so povezani z izboljšanjem litijevih baterij, premaknili v smeri ultra tankih struktur in velikih super-močnih baterij.