Kjemiske strømkilder. Typer kjemiske strømkilder og enhet

Strømkilder , kjemisk (forkortet HIT) - tilpasning, hvor energien til en redoks-reaksjon omdannes til elektrisk energi. Deres andre navn - en elektrokjemisk celle, galvanisk celle , en elektrokjemisk celle. Deres driftsprinsippet er følgende: interaksjonen av de to reagenser gir en kjemisk reaksjon med en konstant elektrisk strøm effekttildeling. I en annen kilde prosessen genererer elektrisitet strøm opptrer flertrinns ordning. Først utgitt termisk energi, så det blir omdannet til mekanisk og bare deretter til elektrisk energi. Fordelen HIT - ett-trinns prosess, dvs. elektrisitet oppnås direkte, utenom trinnene å tilveiebringe termiske og mekaniske krefter.

historien

Hvordan ble den første aktuell kilde? kjemiske kilder ble kalt galvaniske celler etter den italienske vitenskapsmann av det attende århundre - Luigi Galvani. Han var en lege, anatom, fysiolog og fysiker. Ett av de områdene av hans forskning var å studere reaksjonene fra dyr til ulike ytre påvirkninger. Den kjemiske fremgangsmåte ved fremstilling av elektrisk kraft er blitt åpnet ved et uhell Galvani, under en av sine eksperimenter på frosk. Den er koblet til en rå nerve i frosk beina to metallplater. Når dette skjedde muskelkontraksjon. Egen forklaring på dette fenomenet Galvani var galt. Men resultatene av hans eksperimenter og observasjoner hjalp sin landsmann Alessandro Volta i senere studier.

Volta tolket i sitt arbeid teorien for forekomst av elektrisk strøm gjennom en kjemisk reaksjon mellom to metaller i kontakt med muskelvevet til frosken. Den første kjemisk strømkilde som så ut som en beholder med saltoppløsning, med platene neddykket deri av sink og kobber.

I industriell skala CCS begynte å bli produsert i den andre halvdel av det nittende århundre, takket være fransk Leklanshe som oppfant den primære mangan-sink-celler med saltelektrolytt, som er oppkalt etter ham. Etter noen år, dette har blitt forbedret elektrokjemisk celle til andre forskere, og er de eneste primære kjemiske kilder til elektrisitet før 1940.

Design og drift HIT

kjemisk strømkilde innretning innbefatter to elektroder (ledere av den første type) og den mellomliggende elektrolytt (lederen av den andre type, eller ioneleder). På grensen av elektronisk potensial oppstår mellom dem. Elektroden på hvilken reduksjonsmidlet blir oksidert kalles anoden, og den hastighet med hvilken den oksyderende utvinning - katode. Sammen med elektrolytten, utgjør de et elektrokjemisk system.

Et biprodukt av redoksreaksjonen mellom elektrodene er forekomsten av en elektrisk strøm. Under denne reaksjonen blir det oksyderte reduksjonsmiddel og oksidasjonsmiddel gir elektronene som godtar dem, og på grunn av denne er gjenopprettet. Tilstedeværelsen av elektrolytt mellom katoden og anoden er en forutsetning reaksjon. Hvis bare å blande sammen pulvere av to forskjellige metaller, ingen elektrisk utladning forekommer ikke, alt energi vil bli frigjort som varme. Elektrolytten er nødvendig for å effektivisere prosessen med elektronoverføring. Oftest opptrer saltoppløsning eller smelte av kvaliteten.

Elektrodene ser ut som metallplate eller gitter. På deres nedsenkning i elektrolytten oppstår en elektrisk potensialforskjell mellom dem - den åpne kretsspenningen. Anoden har en tendens til påvirkning av elektroner og en katode - til sin innføringen. På sin overflate kjemisk reaksjon starter. De stoppet ved åpningen av kjeden, så vel som når en av reaktantene forbrukes. Breaking finner sted ved fjerning av en av de elektroder eller elektrolytt.

Sammensetning elektrokjemiske systemer

Strømkilder kjemiske oksidasjonsmidler blir brukt som oksygensyresalter, oksygen, halogenidene, høyere metalloksyder nitroorganic forbindelse og t. D. Passende reduksjonsmidler som er i den metaller og deres lavere oksyder, hydrogen og hydrokarbonforbindelser. Som elektrolytter brukt:

1. Vandige oppløsninger av syrer, alkalier, salt og så videre. D.
2. Ikke-vandige løsninger med ioneledningsevne oppnådd ved oppløsning av saltet i organiske eller uorganiske løsningsmidler.
3. saltsmelter.
4. Faste forbindelser med ionisk gitter, hvor en av de bevegelige ioner.
5. Matrix elektrolytter. Denne flytende løsninger eller smelter er plassert i porene av en fast, ikke-ledende legeme - elektronositelya.
6. Ion-exchange elektrolytter. Dette faste forbindelse med de faste ioniske grupper av samme tegn. et annet tegn på Jonas mens mobil. Denne egenskapen gjør ledningsevne elektrolytten unipolar.

galvanisk batteri

Kjemiske strømkildene bestå av elektrokjemiske celler - celler. Spenninger i ett av disse cellene er små - fra 0,5 til 4V. Avhengig av behov, HIT bruke galvanisk batteri, som består av flere seriekoblede elementer. Det er noen ganger anvendes i parallell eller i serie-parallellkobling av flere elementer. I en seriekrets som alltid bare inneholder de samme primære celler eller batterier. De bør ha de samme parametre er: elektrokjemisk system, design, prosessvariant og størrelse. For parallellkoplingen er mulig å benytte elementer av forskjellige størrelser.

klassifisering HIT

Kjemiske kilder varierer i:

• størrelse;
• konstruksjon;
• reagenser;
• Nature energoobrazuyuschey reaksjon.

Disse parametrene definerer resultatene av CCS er egnet for en spesiell anvendelse.

Klassifisering av elektrokjemiske celler basert på forskjeller i driftsprinsipp. Avhengig av disse egenskapene, skille:

1. Primær kjemiske kilder - engangsartikler. De har et visst lager reagenser, som forbrukes i reaksjonen. Etter en slik full utladning celle taper effektivitet. I en annen primær HIT kalles galvaniske celler. Trofast vil rett og slett kalle dem - elementet. Det enkleste eksempel på en primær strømkilde - "Batteri" AA.
2. Oppladbare kjemiske strømkilder - batterier (også kalt sekundær, reversibel HIT) er gjenbrukbare elementer. Ved å føre en strøm fra den ytre krets i den motsatte retning gjennom batteriet etter utladning brukte reaktanter regenereres igjen akkumulerende kjemisk energi (som lades). På grunn av muligheten for å lades fra en ekstern konstant strømkilde anordningen brukes for en lang tid, periodisk for å lade. Prosessen med å generere elektrisk energi kalles akkumulatoren utladning. Disse inkluderer HIT batterier av mange elektroniske enheter (bærbare datamaskiner, mobiltelefoner og N. osv.).
3. Termiske kjemiske kilder - enheter for kontinuerlig virkning. Under sin drift er det en kontinuerlig strøm av nye porsjoner av reagenser og fjerning av reaksjonsprodukter.
4. De kombinerte (polutoplivnyh) elektrokjemiske celler har et lager av en av reaktantene. Den andre anordningen er tilført til utsiden. Levetiden av innretningen er avhengig av tilførsel av den første reaktant. Kombinerte kjemiske kilder for elektrisk strøm anvendes som batterier, hvis det er mulighet for å gjenopprette deres ladning ved å føre strøm fra en ekstern kilde.
5. HIT fornybar lades mekanisk eller kjemisk. For dem er det mulig å erstatte etter en full opplading brukt reagenser på nye deler. Det vil si at de ikke er kontinuerlige enheter også, som batteriene med jevne lades.

kjennetegn HIT

De viktigste kjennetegn ved kjemiske strømkilder er:

1. Tomgangsspenning (OCV eller utladningsspenningen). Denne hastigheten avhenger primært av det elektrokjemiske system (kombinasjon av et reduksjonsmiddel, oksidasjonsmiddelet og elektrolytten). Også OCV påvirke elektrolyttkonsentrasjon, grad av utladning, temperatur og andre. OCV avhenger av verdien av strøm gjennom HIT.
2. Power.
3. Utladningsstrømmen - avhengig av den eksterne motstanden i kretsen.
4. Kapasitet - den maksimale mengden av elektrisitet som gir HIT når det er helt utladet.
5. Energiinnholdet - maksimal energi mottatt hele utladningsanordning.
6. Energi egenskaper. For batterier, er det først og fremst garantert antall lade-utladningssykluser uten å senke den spenning eller ladekapasiteten (kilde).
7. Temperaturområde ytelse.
8. Lagringstiden - den maksimale tid mellom fremstillingen og den første tømmeinnretning.
9. Levetid - den maksimale totale lagrings og arbeidsliv. For brenselceller er viktige driftsperioder med kontinuerlig og intermitterende drift.
10. Den totale energi leverte for hele levetiden.
11. Mekanisk styrke med hensyn til vibrasjon, støt, og så videre. N.
12. Evne til å arbeide i alle posisjoner.
13. Pålitelighet.
14. Enkelt vedlikehold.

Krav til HIT

Utformingen av elektrokjemiske celler bør gi et miljø som bidrar til den mest effektive reaksjon. Disse forholdene omfatter:

• å hindre strømlekkasje;
• ensartet arbeid;
• mekanisk styrke (inkludert forsegling);
• separering av reaktantene;
• god kontakt mellom elektrodene og elektrolytten;
• utladningsstrøm fra reaksjonssonen til en ekstern utgang med minst mulig tap.

Strømkilder, må kjemisk oppfylle følgende generelle krav:

• de høyeste verdier av bestemte parametere;
• maksimumstemperaturområdet brukbarhet;
• den største belastningen;
• den minste kostnaden av en enhet av energi;
• spenningsstabilitet;
• lade bevaring;
• sikkerhet;
• enkelt vedlikehold, og ideelt sett ikke behov for det;
• lang levetid.

operasjon HIT

Den største fordelen med primærceller - noe behov for vedlikehold. Før du begynner å bruke dem nok til å sjekke utseende, holdbarhet. Når den er koblet er det viktig å observere polaritet og kontrollere integriteten av enheten kontakter. Mer komplekse kjemiske kilder - batterier, krever en mer alvorlig omsorg. Formålet med deres tjeneste - maksimal forlengelse av livet. Vedlikehold av batteriet er:

• vedlikehold av renhet;
• å overvåke den åpne krets spenning;
• opprettholdelse av elektrolyttnivået (for påfylling bare destillert vann kan bli anvendt);
• Kontroll av elektrolyttkonsentrasjonen (via hydro - enkel anordning for måling av fluidtetthet).

Under drift av elektrokjemiske cellene trenger å oppfylle alle krav til sikker bruk av elektriske apparater.

HIT Klassifisering av elektrosystemer

Typer kjemiske strømkilder, avhengig av systemet:

• bly (syre);
• nikkel-kadmium, nikkel-jern, nikkel-sink;
• mangan-zink, kobber-sink, kvikksølv, sink, sink-klorid;
• sølv-sink, sølv og kadmium;
• luft-metall;
• nikkel-hydrogen og sølv-hydrogen;
• mangan-magnesium;
• litium og t. d.

Moderne bruk av HIT

Kjemiske strømkilder Det brukes i dag i:

• kjøretøy;
• bærbare enheter;
• militære og romteknologi;
• vitenskapelig utstyr;
• Medicine (pacemaker).

Kjente eksempler på HIT i hjemmet:

• batterier (tørre celler);
• Bærbare hvitevarer og elektronikk;
• avbruddsfri strømforsyning;
• bilbatterier.

Særlig utbredt litium kjemiske kilder for elektrisk kraft. Dette skyldes det faktum at litium (Li) har høyest energitetthet. Det faktum at det kan skryte av den negative elektroden potensialet av alle andre metaller. Litiumbatterier (LIA) forut for alle andre verdier av CCS og spesifikk energi av arbeidsspenningen. Nå gradvis de mestrer en ny sfære - veitransport. I fremtiden vitenskapelige utvikling i forbindelse med forbedring av litium batterier, vil bevege seg i retning av ultratynne konstruksjoner og store tunge batterier.