Izvori struje su kemijski. Vrste kemijskih izvora struje i njihovog uređaja

Izvori struje kemijska (kratka za HIT) - uređaji u kojima se energija reakcije oksidacijske redukcije pretvara u električnu. Druga imena su elektrokemijska stanica, galvanska stanica, elektrokemijska stanica. Načelo njihova djelovanja je kako slijedi: kao rezultat interakcije dvaju reagensa dolazi do kemijske reakcije s oslobađanjem energije stalne električne struje. U ostalim izvorima struje, proces proizvodnje električne energije je višestupanjska shema. Prvo je dodijeljeno toplinska energija,

priča

Kako su se pojavili prvi izvori struje? Kemijski izvori nazivaju se galvanskim ćelijama u čast talijanskog znanstvenika osamnaestog stoljeća Luigi Galvani. Bio je liječnik, anatomist, fiziolog i fizičar. Jedan od njegovih istraživanja bio je proučiti reakcije životinja na različite vanjske utjecaje. Kemijski postupak dobivanja električne energije slučajno je otkrio Galvani tijekom jednog od eksperimenata na žabama. Spojio je dvije metalne ploče na goli živac na žablji nogu. Istodobno je došlo do mišićne kontrakcije. Njegovo objašnjenje ovog fenomena Galvani bilo je netočno. No, rezultati njegovih eksperimenata i promatranja pomogli su njegovom sugrađaninu Alessandro Volta u kasnijim studijama.

Volta je u svojim radovima predstavio teoriju pojave električne struje kao rezultat kemijske reakcije između dva metala nakon dodira s mišićnim tkivom žabe. Prvi kemijski izvor struje izgledao je poput kontejnera s otopinom soli, s niskim cinkom i bakrom.

U industrijskoj proizvodnji HKD počeo se proizvoditi u drugoj polovici devetnaestog stoljeća, zahvaljujući Francuz Leklanshe koji je izumio primarne stanice mangan-cink solju elektrolita, nazvana po njemu. Nekoliko godina kasnije ova elektrokemijska stanica je poboljšana od strane drugog znanstvenika i bio je jedini primarni kemijski izvor struje do 1940.

Uređaj i načelo rada HIT-a

kemijski izvor struje uređaj sadrži dvije elektrode (vodiča prve vrste) i interventnim elektrolita (vodiča iz druge vrste, ili ion vodiča). Na granici između njih postoji elektronički potencijal. Elektroda na kojoj se reducira redukcijsko sredstvo zove se anoda, a ona na kojoj se smanjuje oksidant je katoda. Zajedno s elektrolitom tvore elektrokemijski sustav.

Nuspojava reakcije oksidacijske redukcije između elektroda je pojava električne struje. Tijekom takve reakcije, reducirajući agens oksidira i oslobađa elektrone oksidantu, koji ih prima i time se vraća. Prisutnost između katode i anode elektrolita nužan je uvjet za reakciju. Ako jednostavno miješate prahove iz dva različita metala, neće se osloboditi struje, sva energija će biti oslobođena topline. Elektrolit je potreban za naručivanje procesa prijenosa elektrona. Najčešće u svojoj kvaliteti je otopina slane otopine ili talina.

Elektrode izgledaju poput metalnih ploča ili rešetki. Kad uronju u elektrolit, postoji razlika između električnih potencijala - napona otvorenog kruga. Anoda ima tendenciju da daju elektrone, a katoda - do njihova prihvaćanja. Na njihovoj površini započinju kemijske reakcije. Zaustavljaju se kada se krug otvori, a kad se jedan od reagensa potroši. Krug se otvara kad se ukloni jedna elektroda ili elektrolit.

Sastav elektrokemijskih sustava

Izvori struje Kemijska sredstva za oksidiranje se koristi u obliku soli kiseline, kisika kisika, halogenidi, veći metalni oksidi nitroorganic spoja i t. D. Sredstva za redukciju u njoj su metali i njihovi oksidi, niži vodik, i spojevi ugljikovodika. Kako se koriste elektroliti:

1. Vodene otopine kiselina, lužina, sol, itd.
2. Ne-vodene otopine s ionskom vodljivosti, dobivene otapanjem soli u organskim ili anorganskim otapalima.
3. Toplinske soli.
4. Čvrsti spojevi s ionskom rešetkom u kojoj je jedan od iona pokretljiv.
5. Matrični elektroliti. To su tekuća otopina ili taline koje su u pore u čvrstom ne-provodljivom tijelu, električnom nosaču.
6. Ion izmjenjuju elektrolite. To su čvrsti spojevi s fiksnim ionogenim skupinama istog znaka. Ioni drugog znaka su mobilni u isto vrijeme. Ova svojstva čine vodljivost takvog elektrolita jednopolno.

Galvanske baterije

Klasifikacija HIT-a

Kemijski izvori struje razlikuju se po:

• veličina;
• gradnja;
• reagensi;
• priroda reakcije stvaranja energije.

Ovi parametri određuju radna svojstva HIT prikladnog za određenu primjenu.

Klasifikacija elektrokemijskih stanica temelji se na razlici u principu rada uređaja. Ovisno o ovim karakteristikama, razlikujte:

1. Primarni kemijski izvori struje su elementi jednog djelovanja. Imaju određenu količinu reagensa, koji se konzumira tijekom reakcije. Nakon punog pražnjenja, ova ćelija gubi svoju učinkovitost. Na drugi način, primarni HIT se nazivaju galvanske stanice. Bit će to ispravno nazvati ih jednostavno - elementom. Najjednostavniji primjeri primarnog izvora energije su "baterija" AA.
2. Punjivi kemijski izvori tekućih baterija (koji se nazivaju i sekundarni, reverzibilni HIT) su elementi koji se mogu ponovno upotrijebiti. Prolazeći struju iz vanjskog kruga u suprotnom smjeru kroz bateriju nakon punog pražnjenja, potrošeni reagensi se regeneriraju, ponovno nakupljaju kemijsku energiju (punjenje). Zbog mogućnosti punjenja s vanjskog izvora napajanja, ovaj uređaj se koristi dulje vrijeme, s prekidima za punjenje. Proces generiranja električne energije naziva se pražnjenje akumulatora. Takvim HIT može se pripisati baterije mnogih elektroničkih uređaja (prijenosna računala, mobilni telefoni itd.).
3. Termalni kemijski izvori struje su uređaji kontinuiranog djelovanja. Tijekom svog rada kontinuirano se dostavljaju novi dijelovi reagensa i uklanjaju se produkti reakcije.
4. U kombiniranim (polu-gorivim) galvanskim stanicama postoji rezerva jednog od reagensa. Drugi se ulazi u uređaj s vanjske strane. Život uređaja ovisi o rezervi prvog reagensa. Kombinirani kemijski izvori električne struje koriste se kao akumulatori, ako je moguće vratiti njihovu napunjenost prolazeći struju iz vanjskog izvora.
5. HIT obnovljivi izvori puni se mehanički ili kemijski. Za njih je moguće zamijeniti konzumirane reagense s novim dijelovima nakon punog pražnjenja. To jest, oni nisu kontinuirani uređaji, ali, kao akumulatori, periodički se napunjuju.

Karakteristike HIT-a

Glavne karakteristike kemijskih izvora energije su:

1. Napon otvorenog kruga (NDC ili ispusni napon). Ovaj pokazatelj, prije svega, ovisi o odabranom elektrokemijskom sustavu (kombinaciji redukcijskog sredstva, oksidirajućeg sredstva i elektrolita). Također, koncentracija elektrolita, stupanj iscjedak, temperatura i drugi utjecaj na NRC. NDC ovisi o vrijednosti struje koja prolazi kroz HIT.
2. Snaga.
3. Izlazna struja ovisi o otporu vanjskog kruga.
4. Kapacitet - maksimalna količina električne energije koju HIT daje kada je potpuno ispražnjen.
5. Skladištenje energije je maksimalna energija koja se prima kada je uređaj potpuno ispražnjen.
6. Značajke energije. Za akumulatore to je, prije svega, zajamčeni broj ciklusa punjenja, bez smanjenja kapaciteta ili napona napajanja (resursa).
7. Raspon temperature rada.
8. Rok trajanja je maksimalno dopušteno vrijeme između proizvodnje i prve znamenke uređaja.
9. Vijek trajanja je najveći dopušteni ukupni vijek trajanja i rad. Za gorive ćelije, vijek trajanja je važan s kontinuiranim i isprekidanim radom.
10. Ukupna energija dana za cijeli životni vijek.
11. Mehanička čvrstoća u odnosu na vibracije, šok itd.
12. Sposobnost za rad na bilo kojem mjestu.
13. Pouzdanost.
14. Jednostavnost održavanja.

Zahtjevi za HIT

Dizajn elektrokemijskih stanica treba osigurati uvjete koji doprinose najučinkovitijem tijeku reakcije. Ovi uvjeti uključuju:

• sprečavanje propuštanja struje;
• uniformno djelo;
• mehanička čvrstoća (uključujući nepropusnost);
• odvajanje reagensa;
• dobar kontakt između elektroda i elektrolita;
• strujni odvod od reakcijske zone do vanjskog terminala s minimalnim gubitkom.

• najviše vrijednosti specifičnih parametara;
• maksimalni temperaturni opseg rada;
• najveći stres;
• minimalni trošak jedinice energije;
• Stabilnost napona;
• sigurnost naplate;
• sigurnost;
• jednostavnost usluge, i, idealno, nema potrebe za njom;
• dugi vijek trajanja.

Rad HIT-a

Glavna prednost primarnih galvanskih stanica je da nema potrebe za održavanjem. Prije nego što počnete upotrebljavati ih, trebate samo provjeriti izgled i datum isteka. Pri spajanju važno je pratiti polaritet i provjeriti integritet kontakata uređaja. Složenije kemijske izvore tekućih baterija zahtijevaju ozbiljniju brigu. Svrha njihove službe je povećati životni vijek. Njega baterije je:

• održavanje čistoće;
• praćenje napona otvorenog kruga;
• održavanje razine elektrolita (samo se destilirana voda može upotrijebiti za punjenje);
• kontrola koncentracije elektrolita (pomoću hidrometra - jednostavan uređaj za mjerenje gustoće tekućina).

Prilikom rada galvanskih ćelija moraju se pridržavati svih zahtjeva koji se odnose na sigurnu uporabu električnih aparata.

Klasifikacija HIT elektrokemijskim sustavima

Vrste kemijskih izvora energije, ovisno o sustavu:

• olovo (kiselina);
• nikal-kadmij, nikal-željezo, niklov-cink;
• mangan-cink, bakar-cink, živa-cink, klor-cink;
• srebro-cinka, srebro-kadmij;
• zrak metala;
• nikal-vodik i srebro-vodik;
• mangan-magnezij;
• litij, itd.

Moderna primjena HIT-a

• vozila;
• prijenosni uređaji;
• vojnu i svemirsku tehnologiju;
• znanstvena oprema;
• medicine (pejsmejkerima).

Poznati primjeri HIT-a u svakodnevnom životu:

• baterije (suhe baterije);
• baterije prijenosnih kućanskih aparata i elektronike;
• neprekidni izvor napajanja;
• auto baterije.

Litijevi kemijski izvori struje bili su posebno široko korišteni. To je zbog činjenice da litij (Li) ima najveću specifičnu energiju. Činjenica je da se razlikuje od najnepovoljnijih elektrodni potencijal među ostalim metalima. Litij-ionske baterije (LIA) nadmašuju sve ostale HIT u smislu specifične energije i radnog napona. Sada postupno svladavaju novo polje - automobilski prijevoz. U budućnosti, razvoj znanstvenika povezanih s poboljšanjem litijskih baterija, kretat će se u smjeru ultra tankih struktura i velikih super-moćnih baterija.