Strömkällor kemiska. Typer av kemiska strömkällor och anordning

Strömkällor , kemiska (förkortat HIT) - anpassning, i vilken energin av en redoxreaktion omvandlas till elektrisk energi. Deras andra namn - en elektrokemisk cell, galvanisk cell , en elektrokemisk cell. Deras driftsprincip är följande: interaktionen av de två reagensen orsakar en kemisk reaktion med en konstant elektrisk ström effektallokering. I annan källa process som genererar elektricitet ström sker etappvis system. Först släpptes termisk energi, då den omvandlas till mekanisk och först därefter till elektrisk energi. Fördel HIT - enstegsprocess, dvs el erhålls direkt, förbi stegen att åstadkomma termiska och mekaniska energier.

berättelse

Hur gjorde den första strömkällan? kemiska källor kallades galvaniska celler efter den italienska vetenskapsmannen av sjuttonhundratalet - Luigi Galvani. Han var läkare, anatomist, fysiologen och fysikern. Ett av de områden i hans forskning var att studera reaktionerna från djur till olika yttre påverkan. Den kemiska metoden för att producera el har öppnats Galvani misstag, under en av sina experiment på grodor. Den är ansluten till en rå nerv i grodlår två metallplattor. När detta hände muskelsammandragning. Egen förklaring till detta fenomen av Galvani var fel. Men resultaten av sina experiment och observationer hjälpte hans landsman Alessandro Volta i efterföljande studier.

Volta expounded i hans arbete teorin om förekomsten av elektrisk ström genom en kemisk reaktion mellan två metaller i kontakt med muskelvävnaden av grodan. Den första kemiska strömkälla såg ut som en behållare med saltlösning, med plattor nedsänkta däri av zink och koppar.

I industriell skala började CCS att produceras under andra hälften av artonhundratalet, tack vare frans Leklanshe som uppfann primära mangan-zink celler med salt elektrolyt, uppkallad efter honom. Efter några år har detta förbättrats elektrokemisk cell med andra forskare och är den enda primära kemiska källor el före 1940.

Utformning och drift HIT

kemisk strömkälla anordningen innefattar två elektroder (ledare av första slaget) och den mellanliggande elektrolyten (ledare av det andra slaget, eller jon ledare). På gränsen av elektronisk potential uppstår mellan dem. Elektroden på vilken reduktionsmedlet oxideras kallas anoden, och den vid vilken den oxiderande återhämtning - katod. Tillsammans med elektrolyten, utgör de ett elektrokemiskt system.

En biprodukt av redoxreaktionen mellan elektroderna är förekomsten av en elektrisk ström. Under denna reaktion, är reduktionsmedlet oxideras och oxidationsmedel ger elektronerna som accepterar dem och på grund av detta återställs. Närvaron av elektrolyten mellan katoden och anoden är en förutsättning reaktion. Om bara blanda pulver av två olika metaller, ingen elektrisk urladdning inte sker, all energi kommer att släppas som värme. behövs elektrolyten för att effektivisera processen för elektronöverföring. Oftast fungerar saltlösning eller smälta av dess kvalitet.

Elektroderna ser ut som metallplatta eller rutnät. Vid sin nedsänkning i elektrolyt uppstår en elektrisk potentialskillnad mellan dem - den öppna kretsspänningen. Anoden har en tendens att effekten av elektroner och en katod - deras antagande. På sin yta börjar kemisk reaktion. De stoppas av öppnandet av kedjan, såväl som när en av reaktanterna konsumeras. Breaking sker genom avlägsnande av en av elektroderna eller elektrolyt.

Komposition elektrokemiska system

Strömkällor kemiska oxidationsmedel används som syresyrasalter, syre, halogenider, högre oxider metall nitroorganic förening och t. D. Reduktionsmedel däri är metaller och deras lägre oxider, väte och kolväteföreningar. Som elektrolyter används:

1. Vattenhaltiga lösningar av syror, alkali, salt och så vidare. D.
2. Icke-vattenbaserade lösningar med jonkonduktivitet som erhålls genom upplösning av saltet i organiska eller oorganiska lösningsmedel.
3. salt smälter.
4. Fasta föreningar med joniska gitter, varvid en av de rörliga jonerna.
5. Matrix elektrolyter. Denna flytande lösningar eller smältor är belägna i porerna i ett fast icke-ledande kropp - elektronositelya.
6. Ion-utbytes elektrolyter. Denna fasta förbindelse med de fasta joniska grupper av samma tecken. ett tecken på Jonah medan mobil. Denna egenskap gör ledningsförmåga av elektrolyten unipolär.

galvanisk batteri

Kemiska strömkällor består av elektrokemiska celler - celler. Spänning i en av dessa celler är liten - från 0,5 till 4V. Beroende på behov, HIT använda galvanisk batteri, bestående av flera seriekopplade element. Det används ibland parallellt eller i serie-parallellkoppling av flera element. I en seriekrets alltid inkludera endast de samma primära celler eller batterier. De bör ha samma parametrar är: elektrokemiskt system, design, process variation och storlek. För parallellanslutning är möjligt att använda element av olika storlekar.

klassificering HIT

Kemiska källor skiljer sig i:

• storlek;
• konstruktion;
• reagens;
• Natur energoobrazuyuschey reaktion.

Dessa parametrar definierar utförandet av CCS är lämpliga för en speciell tillämpning.

Klassificering av elektrokemiska celler som bygger på skillnader i funktionsprincip. Beroende på dessa egenskaper, särskilja:

1. Primära kemiska källor - engångsartiklar. De har en viss lager reagenser som förbrukas i reaktionen. Efter en sådan fullständig urladdning cell förlorar effektivitet. I en annan primär HIT kallas galvaniska celler. Trogen kommer helt enkelt kalla dem - elementet. Det enklaste exemplet på en primär kraftkälla - "Battery" AA.
2. Laddningsbara kemiska strömkällor - batterier (även kallade sekundära, reversibel HIT) är återanvändbara element. Genom att leda en ström från det externa kretsen i omvänd riktning genom batteriet efter full urladdningsbringade reaktanter regenereras åter ackumulera kemisk energi (under laddning). På grund av att möjligheten att ta ut från en extern konstantströmkällan anordningen används för en lång tid, intermittent att ladda. Processen att generera elektrisk energi kallas ackumulatorn urladdning. Dessa inkluderar HIT batterier av många elektroniska apparater (bärbara datorer, mobiltelefoner och så vidare. N.).
3. Termiska kemiska källor - enheter av kontinuerliga åtgärder. Under deras verksamhet finns ett kontinuerligt flöde av nya partier av reagens och avlägsnande av reaktionsprodukter.
4. De kombinerade (polutoplivnyh) elektrokemiska celler har ett lager av en av reaktanterna. Den andra anordningen matas till utsidan. Livslängden på enheten beror på tillförseln av den första reaktanten. Kombinerade kemiska källor till elektrisk ström används som batterier, om det finns möjlighet att återställa sin laddning genom att ström från en extern källa.
5. HIT förnybar laddas mekaniskt eller kemiskt. För dem är det möjligt att ersätta efter en full laddning tillbringade reagenser på nya delar. Det vill säga, de är inte kontinuerliga enheter också, liksom batterierna med jämna mellanrum laddas.

egenskaper HIT

De viktigaste egenskaperna av kemiska strömkällor inkluderar:

1. Öppna kretsspänningen (OCV eller en urladdningsspänning). Denna hastighet beror i första hand på det elektrokemiska systemet (kombination av ett reduktionsmedel, oxidationsmedlet och elektrolyten). Också OCV påverkar elektrolytkoncentration, grad av urladdning, temperatur och andra. OCV beror på värdet av strömmen som flyter genom HIT.
2. Ström.
3. Urladdningsströmmen - beroende på den externa kretsen motstånd.
4. Kapacitet - den maximala mängden el som ger HIT när det är helt urladdat.
5. Energiinnehållet - maximal energi emot i sin helhet utmatningsanordning.
6. Energiegenskaper. För batterier, är det främst garanterat antal laddnings-urladdningscykler utan att sänka spänningen eller laddningskapacitet (resurs).
7. Temperaturområde prestanda.
8. förvaringstiden - den maximala mängden tid mellan tillverkning och den första utloppsanordningen.
9. Livslängd - maximal total lagrings- och arbetslivet. För bränsleceller är viktiga tjänstgöringsperioder med kontinuerlig och intermittent drift.
10. Den totala energi som levereras under hela livslängden.
11. Mekanisk hållfasthet med avseende på vibrationer, stötar, och så vidare. N.
12. Förmåga att arbeta i alla lägen.
13. Tillförlitlighet.
14. Enkelt underhåll.

Krav på HIT

Utformningen av elektrokemiska celler bör ge en gynnsam miljö för den mest effektiva reaktion. Dessa villkor är:

• förhindra strömläckage;
• likformig arbete;
• mekanisk styrka (inklusive tätning);
• separation av reaktanterna;
• god kontakt mellan elektroderna och elektrolyt;
• urladdningsströmmen från reaktionszonen till en extern utgång med minimala förluster.

Strömkällor, måste kemiska uppfylla följande allmänna krav:

• de högsta värdena av specifika parametrar;
• maximal räckvidd temperatur av driftsduglighet;
• den största spänningen;
• den lägsta kostnaden för en energienhet;
• spänningsstabilitet;
• debitera konservering;
• säkerhet;
• enkelt underhåll, och helst inget behov av det;
• lång livslängd.

operation HIT

Den största fördelen med primära celler - inget behov av underhåll. Innan du börjar använda dem tillräckligt för att kontrollera utseende, hållbarhet. När du är ansluten är det viktigt att observera polaritet och kontrollera integriteten av enhetens kontakter. Mer komplexa kemiska källor - batterier, kräver en mer allvarlig vård. Syftet med deras service - den maximala förlängning av livet. Ta hand om batteriet är:

• underhåll av renlighet;
• övervaka den öppna kretsspänningen;
• upprätthålla elektrolytnivån (för påfyllning endast destillerat vatten kan användas);
• Kontroll av elektrolyten koncentration (via hydrometer - enkel anordning för mätning av fluiddensitet).

Under drift av elektrokemiska celler måste uppfylla alla krav som gäller för säker användning av elektriska apparater.

HIT Klassificering av elektrokemiska system

Typer av kemiska strömkällor, beroende på systemet:

• bly (syra);
• nickel-kadmium, nickel-järn, nickel-zink;
• mangan-zink, koppar-zink, kvicksilver, zink, zink-klorid;
• silver-zink, silver och kadmium;
• luft-metall;
• nickel-väte och silver-väte;
• mangan-magnesium;
• litium och t. d.

Modern användning av HIT

Strömkällor kemiska Det används för närvarande i:

• fordon;
• bärbara enheter;
• militär och rymdteknik;
• vetenskaplig utrustning;
• Medicin (pacemakers).

Välbekanta exempel på HIT i hemmet:

• batterier (torra celler);
• batterier bärbara hushållsmaskiner och elektronik;
• avbrottsfri strömförsörjning;
• bilbatterier.

Särskilt stor spridning litium kemiska källor el. Detta beror på det faktum att litium (Li) har den högsta energitäthet. Det faktum att det har den negativa elektrodpotentialen av alla andra metaller. Litiumjonbatterier (LIA) före alla andra värden på CCS och specifik energi hos arbetsspänningen. Nu successivt de behärskar en ny sfär - vägtransporter. I framtiden vetenskapliga utvecklingen i samband med förbättringen av litiumbatterier, kommer att röra sig i riktning mot ultratunna design och stora tunga batterier.