Kimyasal akım kaynakları. Kimyasal akım kaynakları ve cihaz tipleri

Akım kaynakları bir redoks reaksiyonu enerjisinin elektrik enerjisine dönüştürüldüğü adaptasyon, - kimyasal (kısaltılmış HIT). Onların diğer adları - bir elektrokimyasal hücre, galvanik hücre , bir elektrokimyasal hücrede. Bunların çalışma prensibi aşağıdaki gibidir: iki reaktif maddenin etkileşimi sabit bir elektrik akımı bir güç tahsisi ile kimyasal bir reaksiyona yol açar. Diğer kaynak işlemi üreten elektrik akımı olarak çok aşamalı düzeni ortaya çıkar. İlk olarak yayımlanan , termal enerji daha sonra elektrik enerjisinin içine sadece daha sonra mekanik transforme edilir ve. Avantaj HIT - tek aşamalı işlem, diğer bir deyişle elektrik ısı ve temin edilmesi aşamalarını atlayarak doğrudan elde edilir mekanik enerjileri.

öykü

Nasıl ilk akım kaynağı oldun mu? kimyasal kaynaklar çağrıldı galvanik hücreler Luigi Galvani - onsekizinci yüzyılın İtalyan bilim adamı sonra. O bir doktor, anatomist, fizyolog ve fizikçi oldu. Onun araştırma alanlarından biri çeşitli dış etkilere hayvanların tepkileri incelemek amaçlanmıştır. elektrik üreten kimyasal yöntem kurbağalar üzerinde yaptığı deneyler biri sırasında, yanlışlıkla Galvani açıldı. Bu kurbağa bacakları iki metal plaka ham bir sinir bağlanır. Bu ne zaman kas kasılma meydana geldi. Galvani'nin bu fenomenin Kendi açıklama yanlıştı. Ama onun deneylerinin sonuçları ve gözlemler daha sonraki çalışmalarda onun vatandaşı Alessandro Volta yardımcı oldu.

Volta kurbağanın kas dokusu ile temas halindeki iki metal arasındaki bir kimyasal reaksiyon yoluyla eserinde elektrik akımının meydana teorisini izah. Birinci kimyasal akım kaynağı içinde çinko ve bakır daldırılmış plakalı, tuzlu su ile bir kap gibi görünüyordu.

Endüstriyel ölçekli CCS On dokuzuncu yüzyılın ikinci yarısında üretilir başladı, adını verdiği tuz elektrolitten, primer mangan-çinko hücreleri icat Fransız Leklanshe sayesinde. Birkaç yıl sonra, bu 1940 öncesinde elektriğin yalnızca birincil kimyasal kaynaklarının diğer bilim adamlarına elektrokimyasal hücre geliştirilmiş ve değil.

Tasarım ve operasyon HIT

Kimyasal akım kaynağı cihaz, iki elektrot (birinci tür iletkenler) ve araya giren elektrolit (ikinci tür iletken, ya da iyon iletken) içerir. elektronik potansiyelinin sınırında aralarında ortaya çıkar. indirgeyici madde anot olarak adlandırılan okside olduğu elektrod ve biri oksidan kurtarma de - katot. Birlikte elektrolit ile, bunlar, bir elektro-kimyasal sistem oluştururlar.

elektrotlar arasına redoks reaksiyonun bir yan ürünü bir elektrik akımı meydana gelmesidir. Bu reaksiyon sırasında, indirgeyici madde okside ve oksidant bunları kabul eder ve buna bağlı geri elektronları verir. katot ile anot arasında elektrolitin bulunması bir ön reaksiyondur. sadece birlikte iki farklı metallerin tozları karıştırırsanız, oluşmaz hiçbir elektrik deşarjı, tüm enerji ısı olarak açıklanacak. Elektrolit elektron transferi sürecini kolaylaştırmak için gereklidir. Çoğu zaman kalite tuz çözeltisi ya da eriyiği hareket eder.

Elektrotlar bir metal plaka veya ızgara gibi görünür. açık devre voltajı - elektrolit içinde kendi daldırma de aralarında bir elektrik potansiyeli farkı ortaya çıkar. kabul edilmeden - anot elektron etkisi ve bir katoda bir eğilim vardır. kendi yüzeyi üzerinde kimyasal reaksiyon başlar. Onlar da hammaddelerinden birisidir tüketildiğinde olarak, zincirin açılması tarafından durduruldu. Kırılma elektrotlar veya elektrolit birinin çıkarılmasıyla gerçekleşir.

Kompozisyon elektrokimyasal sistemler

Akım kaynakları kimyasal oksidanlar oksijen asit tuzları, oksijen, halojenürler, yüksek metal oksitler nitroorganic bileşik ve maddeler, içinde metal ve alt oksitler, hidrojen ve hidrokarbon bileşikleridir azaltılması t. D. olarak kullanılır. elektrolitler gibi:

1. böylece asitler, alkaliler, tuz ve sulu çözeltileri. D.
2. organik veya inorganik çözücüler içinde tuzunun çözülmesi ile elde edilen iyon iletkenliği Sulu olmayan çözeltiler.
3. tuzu erir.
4. iyonik kafes, hareketli iyonları olup, burada bir ile katı bileşikler yer alır.
5. Matris elektrolitler. Bu sıvı solüsyonlar ya da eriyikler bir katı, iletken olmayan gövde gözeneklerinde bulunan - elektronositelya.
6. İyon değişim elektrolitler. söz konusu işaretle aynı sabit iyonik gruplara sahip olan bu katı bağlantısı. Mobil ederken Jonah bir diğer göstergesi. Bu özellik elektrolit Unipolar iletkenliğini yapar.

galvanik pil

Kimyasal akım kaynakları elektrokimyasal hücreler oluşur - hücreleri. Bu hücrelerin birinde gerilim küçük - 0.5 4V için. ihtiyaçlarına bağlı olarak, bir kaç seri bağlantılı elemanlardan oluşan, galvanik pil kullanın HIT. Bazen paralel veya birkaç elemanların seri-paralel bağlanması kullanılır. Seri bir devrede zaman yalnızca aynı primer hücreler veya pil içerir. elektrokimyasal sistem, tasarım, proses varyasyonu ve boyutu: Aynı parametrelerdir sahip olmalıdır. Paralel bağlantı için, farklı boyutlarda elemanları kullanmak mümkündür.

sınıflandırma HIT

Kimyasal kaynaklar bakımından farklıdırlar:

• büyüklüğü;
• inşaat;
• reaktifler;
• Doğa energoobrazuyuschey reaksiyonu.

Bu parametreler, özel bir uygulama için uygun olan, hücresel hapsedici yapıda performansını tanımlar.

operasyonun prensipte farklılıklara dayalı elektrokimyasal hücrelerin sınıflandırılması. Bu özelliklere bağlı olarak, ayırt:

1. Birincil kimyasal kaynakları - atılabilir öğeler. Onlar reaksiyonunda tüketilen belli stok reaktif var. Bu tür tam boşaltım hücresi sonra verimlilik kaybeder. Başka bir birincil HIT galvanik hücreler denir. Sadık sadece onları arayacak - eleman. "Pil" AA - birincil güç kaynağı en basit örneği.
2. Yeniden şarj edilebilir bir kimyasal akım kaynakları - pili (ikincil tersine çevrilebilir HIT olarak adlandırılır) tekrar kullanılabilir elemanlardır. Tam boşaltma harcanan reaktifler yine kimyasal enerji toplama rejenere sonra batarya içinden ters yönde, dış devresinden geçen akım ile (şarj). Bağlı bir dış sabit akım kaynağı cihazından şarj olasılığına aralıklı şarj etmek için, uzun bir süre için kullanılmaktadır. elektrik enerjisi üretme süreci akü deşarj olarak adlandırılır. Bunlar birçok elektronik cihaz (dizüstü bilgisayarlar, cep telefonları vb. N.) ait HIT pilleri dahildir.
3. Termal kimyasal kaynaklar - Sürekli eylem cihazlar. bunların çalışması esnasında reaktifler ve reaksiyon ürünlerinin ayrılması, yeni gruplar sürekli bir akışı vardır.
4. Kombine (polutoplivnyh) elektrokimyasal hücre reaktanların birinin bir stok var. ikinci cihaz dışarıya verilir. Cihazın ömrü, ilk reaktif temini bağlıdır. elektrik akımının Kombine kimyasal kaynakları, harici bir kaynaktan akımı geçirilerek yüklerini yeniden olasılığı varsa, bataryalar olarak kullanılır.
5. HIT yenilenebilir mekanik veya kimyasal olarak şarj. Onlar için bir tam şarj yeni bölümleri üzerinde reaktif harcanan sonra değiştirmek mümkündür. Yani, periyodik olarak şarj piller gibi, hem de sürekli cihaz değildir, bir.

karakteristikleri HIT

kimyasal güç kaynaklarının ana özellikleri şunlardır:

1. Açık devre gerilimi (OCV'nin veya bir boşaltma gerilimi). Bu oran büyük ölçüde elektrokimyasal sistem (bir indirgeyici madde, oksitleyici madde ve elektrolit kombinasyonu) bağlıdır. Ayrıca OCV'nin elektrolit konsantrasyonu, boşaltma, sıcaklık ve diğer derecesini etkiler. OCV'nin HIT akan akımın değerine bağlıdır.
2. Güç.
3. deşarj akımı - harici devre direncine bağlı olarak.
4. Kapasite - tamamen boşaldığı zaman HIT verir elektriğin maksimum tutar.
5. enerji içeriği - Tam boşaltma cihazına alınan maksimum enerji.
6. Enerji özellikleri. piller için, öncelikle gerilim veya yük kapasitesi (kaynak) düşürmeden şarj-deşarj çevrimlerinin sayısını garanti edilir.
7. Sıcaklık aralığı performansı.
8. Depolama süresi - üretimi ve birinci deşarj aygıtı arasındaki maksimum süre.
9. Servis ömrü - maksimum toplam depolama ve çalışma hayatı. yakıt için hücreler, sürekli veya kesintili işlemi ile hizmet önemli süreleri bulunmaktadır.
10. tüm kullanım süresi boyunca yayınlanan toplam enerji.
11. Mekanik titreşim, şok ile ilgili olarak güç, vb., N.
12. her pozisyonda çalışabilme yeteneği.
13. Güvenilirlik.
14. Kolay bakım.

HIT için gerekenler

elektrokimyasal hücre tasarımı en verimli reaksiyonu için elverişli bir ortam sağlamalıdır. Bu koşullar şunlardır:

• kaçak akım önlenmesi;
• tip iş;
• (Yapıştırma dahil), mekanik kuvveti;
• reaktiflerin ayrılması;
• elektrot ve elektrolit arasındaki iyi temas;
• en az zararla harici çıkış reaksiyon bölgesinden deşarj akımı.

Kimyasal akım kaynakları aşağıdaki genel gereksinimleri karşılaması gerekir:

• Belirli parametrelerin en yüksek değerleri;
• çalışabilirlik maksimum sıcaklık aralığı;
• En büyük stres;
• bir enerji ünitesinin minimum maliyet;
• stabilitesini voltaja;
• koruma talep;
• güvenlik;
• bakım kolaylığı ve ideal bunun için gerek;
• uzun ömürlü.

Operasyon HIT

Birincil hücrelerin ana avantajı - Her türlü bakım gerek. Eğer görünüm, raf ömrünü kontrol etmek yeterli bunları kullanmaya başlamadan önce. bağlandığında o Kutupların ve cihaz kontak bütünlüğünü kontrol etmek önemlidir. Daha karmaşık kimyasal kaynaklar - piller, daha ciddi bir bakım talep ediyorlar. Onların hizmet amacı - Yaşamın maksimum uzantısı. Pilin Bakımı geçerli:

• temizlik bakım;
• açık devre voltajı izleme;
• Elektrolit seviyesinin muhafaza (sadece damıtılmış su dolumu için kullanılabilir);
• (- akışkan yoğunluğunu ölçmek için basit bir cihaz hidrometrenin ile) elektrolit konsantrasyonunun kontrolü.

elektrokimyasal hücrelerin çalışması sırasında elektrikli ev aletleri güvenli kullanımı ile ilgili tüm şartlara uyması gerekir.

elektrokimyasal sistemlerin HIT Sınıflandırılması

sisteme bağlı olarak kimyasal akım kaynağı türleri:

• (Asit) kurşun;
• nikel kadmiyum, nikel, demir, nikel-çinko;
• mangan-çinko, bakır-çinko, cıva, çinko, çinko-klorür;
• gümüş-çinko, gümüş ve kadmiyum;
• Hava metali;
• nikel-hidrojen ve gümüş-hidrojendir;
• manganez, magnezyum,
• lityum, t. d.

HIT modern kullanımı

Kimyasal akım kaynakları Şu anda kullanılır:

• araçlar;
• taşınabilir cihazlar;
• Askeri ve uzay teknolojisi;
• bilimsel ekipman;
• Tıp (kalp pili).

Evde HIT Benzer örnekler:

• Piller (kuru hücreler);
• Piller portatif ev aletleri ve elektronik;
• Kesintisiz güç kaynağı;
• araba aküleri.

Özellikle yaygın elektrik lityum kimyasal kaynaklarını kabul etmiştir. Bu lityum (Li), en yüksek enerji yoğunluğuna sahip olmasından kaynaklanmaktadır. negatif sahiptir aslında elektrot potansiyeli diğer tüm metallerin. CCS ve çalışma gerilimi spesifik tüm enerji değerlerinin lityum iyon pil (LIA) ileri. karayolu taşımacılığını - Şimdi yavaş yavaş yeni bir küre usta. lityum pillerin geliştirilmesi ile ilgili gelecekteki bilimsel gelişmelerde ultra ince tasarımları ve geniş ağır piller yönünde hareket edecektir.