Zdroje proudu jsou chemické. Druhy chemických zdrojů proudu a jejich zařízení

Zdroje proudu chemické (zkratka pro HIT) - zařízení, ve kterých je energie oxidační-redukční reakce přeměněna na elektrickou energii. Jiné názvy jsou elektrochemický článek, galvanický článek, elektrochemický článek. Princip jejich působení je následující: v důsledku interakce obou činidel dochází k chemické reakci s uvolněním energie konstantního elektrického proudu. V jiných zdrojích proudu je proces výroby elektrické energie vícestupňový. Nejprve přidělen tepelná energie,

Historie

Jak se objevily první zdroje proudu? Chemické zdroje byly nazývány galvanickými buňkami na počest italského vědce z 18. století Luigi Galvaniho. Byl doktor, anatomista, fyziolog a fyzik. Jedním ze směrů jeho výzkumu bylo studium reakcí zvířat na různé vnější vlivy. Chemický způsob získávání elektřiny objevil Galvani náhodně během jednoho z pokusů o žáby. Spojil dvě kovové desky s holým nervem na nohou žabky. Současně došlo k svalové kontrakci. Jeho vlastní vysvětlení tohoto jevu Galvani bylo nesprávné. Ale výsledky jeho experimentů a pozorování pomohly jeho krajanům Alessandro Volta v následných studiích.

Volta prezentoval ve svých dílech teorii vzhledu elektrického proudu v důsledku chemické reakce mezi dvěma kovy při kontaktu se svalovou tkání žáby. První chemický zdroj proudu vypadal jako kontejner se solným roztokem, v němž byl zinkovat a měď pokryt.

V průmyslovém měřítku začal CCS být produkován v druhé polovině devatenáctého století, a to díky Francouzem Leklanshe kdo vynalezl primární manganu a zinku buněk soli elektrolytu, pojmenovaný po něm. Po několika letech, ale toto bylo vylepšeno elektrochemický článek s ostatními vědci a je jedinou základní chemické zdroje elektrické energie před rokem 1940.

Zařízení a princip činnosti HIT

Zařízení chemických zdrojů proudu obsahuje dvě elektrody (vodiče prvního druhu) a elektrolyt umístěný mezi nimi (vodič druhého druhu nebo iontový vodič). Na hranici mezi nimi existuje elektronický potenciál. Elektroda, na kterou se redukční činidlo oxiduje, se nazývá anoda a ten, na němž je oxidační činidlo redukován, je katoda. Spolu s elektrolytem tvoří elektrochemický systém.

Vedlejší účinek oxidační-redukční reakce mezi elektrodami je výskyt elektrického proudu. Během takové reakce redukční činidlo oxiduje a uvolňuje elektrony do okysličovadla, které je pohlcuje a tím je obnoveno. Přítomnost mezi katodou a anodou elektrolytu je nezbytnou podmínkou reakce. Pokud jednoduše smícháte prášky z dvou různých kovů, nebude uvolňována elektřina, veškerá energie se uvolní jako teplo. Pro objednávání procesu přenosu elektronů je zapotřebí elektrolyt. Nejčastěji v jeho kvalitě je solný roztok nebo tavenina.

Elektrody vypadají jako plechy nebo mřížky. Když se ponoří do elektrolytu, existuje rozdíl mezi elektrickými potenciály mezi nimi - napětím otevřeného obvodu. Anoda má tendenci přenášet elektrony a katoda - k jejich přijetí. Na jejich povrchu začínají chemické reakce. Zastaví se při otevření okruhu a při spotřebování jedné z činidel. Okruh se otevírá, když je odstraněna jedna z elektrod nebo elektrolytu.

Složení elektrochemických systémů

Zdroje proudu chemické jako okysličovadla používají kyseliny a soli obsahující kyslík, kyslík, halogenidy, vyšší oxidy kovů, nitroorganické sloučeniny atd. Restaurátory jsou kovy a jejich nižší oxidy, vodík a uhlovodíkové sloučeniny. Jak se elektrolyty používají:

1. Vodné roztoky kyselin, zásad, solí apod.
2. Nevodné roztoky s iontovou vodivostí, získané rozpuštěním solí v organických nebo anorganických rozpouštědlech.
3. Taveniny solí.
4. Tuhé sloučeniny s iontovou mřížkou, ve které je jeden z iontů mobilní.
5. Matricové elektrolyty. Jedná se o kapalné roztoky nebo taveniny, které jsou v pórech pevného nevodivého tělesa, elektrického nosiče.
6. Iontoměničové elektrolyty. Jedná se o pevné sloučeniny s pevnými ionogenními skupinami stejného označení. Ióny druhého znamení jsou mobilní ve stejnou dobu. Tato vlastnost činí vodivost takového elektrolytu unipolární.

Galvanické baterie

HIT klasifikace

Chemické zdroje proudu se liší podle:

• velikost;
• konstrukce;
• činidla;
• povaha reakce vytvářející energii.

Tyto parametry určují provozní vlastnosti HIT vhodné pro konkrétní aplikaci.

Klasifikace elektrochemických článků je založena na rozdílu v principu fungování zařízení. V závislosti na těchto charakteristikách rozlišujte:

1. Primární chemické zdroje proudu jsou prvky jedné akce. Mají určitou zásobu činidel, která se spotřebovávají během reakce. Po úplném vybití tato buňka ztrácí svou účinnost. Jiným způsobem se primární HIT nazývají galvanické články. Bude to správné nazývat je jednoduše - prvkem. Nejjednodušší příklady primárního zdroje energie jsou "baterie" AA.
2. Nabíjecí chemické zdroje proudu - baterie (také nazývané sekundární, reverzibilní HIT) jsou opakovaně použitelné prvky. Průchodem proudu od vnějšího obvodu v opačném směru prostřednictvím baterie po úplném vybití strávil reakční složky se regenerují opět hromadí chemické energie (nabíjení). Vzhledem k možnosti nabíjení z vnějšího zdroje konstantního proudu zařízení se používá po dlouhou dobu, přerušovaně dobít. Proces generování elektrické energie se nazývá vybití baterie. K těmto HIT lze přiřadit baterie mnoha elektronických zařízení (notebooky, mobilní telefony atd.).
3. Tepelně chemické zdroje proudu jsou zařízeními nepřetržitého působení. V průběhu své práce jsou kontinuálně dodávány nové části činidel a produkty reakce jsou odstraněny.
4. V kombinovaných (polopalivových) galvanických buňkách existuje rezerva jedné z činidel. Druhá jednotka je dodávána do zařízení zvnějšku. Životnost přístroje závisí na rezervě prvního činidla. Kombinované chemické zdroje elektrického proudu se používají jako akumulátory, je-li možné obnovit jejich náboj průchodem z externího zdroje.
5. HIT obnovitelné zdroje jsou mechanicky nebo chemicky nabíjeny. Pro ně je možné po úplném vybití vyměnit spotřebovaná činidla za nové. To znamená, že nejsou kontinuální zařízení, ale jako akumulátory pravidelně dobíjejí.

Charakteristika HIT

Hlavní charakteristiky zdrojů chemické energie jsou:

1. Napětí v otevřeném obvodu (NDC nebo výbojové napětí). Tato rychlost závisí především na elektrochemického systému (kombinace redukčního činidla, oxidační činidla a elektrolytu). Také koncentrace elektrolytu, stupeň vybíjení, teplota a další vliv NRC. NDC závisí na hodnotě proudu procházejícího HIT.
2. Napájení.
3. Výstupní proud závisí na odporu vnějšího obvodu.
4. Kapacita - maximální množství elektrické energie, kterou HIT poskytuje při úplném vybití.
5. Uchovávání energie je maximální přijatá energie, když je zařízení zcela vybité.
6. Energetické vlastnosti. U akumulátorů je to především zaručený počet nabíjecích cyklů bez snížení kapacity nebo nabíjecího napětí (zdroje).
7. Teplotní rozsah provozuschopnosti.
8. Doba použitelnosti je maximální dovolená doba mezi výrobou a první číslicí zařízení.
9. Životnost je maximální povolená celková životnost a práce. U palivových článků je životnost důležitá při kontinuálním a přerušovaném provozu.
10. Celková energie daná po celou dobu životnosti.
11. Mechanická pevnost ve vztahu k vibracím, rázům atd.
12. Schopnost pracovat v libovolné pozici.
13. Spolehlivost.
14. Snadná údržba.

Požadavky na HIT

Návrh elektrochemických článků by měl poskytovat podmínky, které přispívají k nejúčinnějšímu průběhu reakce. Tyto podmínky zahrnují:

• zabránění úniku elektrickým proudem;
• jednotná práce;
• mechanická pevnost (včetně těsnosti);
• separace činidel;
• dobrý kontakt mezi elektrodami a elektrolytem;
• proudový odtok z reakční zóny k externímu terminálu s minimálními ztrátami.

• nejvyšší hodnoty specifických parametrů;
• maximální teplotní rozsah provozuschopnosti;
• největší stres;
• minimální náklady na jednotku energie;
• Stabilita napětí;
• bezpečnost poplatků;
• bezpečnost;
• jednoduchost služby a v ideálním případě není pro ni potřebná;
• dlouhou životnost.

Provoz HIT

Hlavní výhodou primárních galvanických článků je, že není potřeba žádná údržba. Než začnete používat, stačí zkontrolovat vzhled, datum vypršení platnosti. Při připojování je důležité dodržovat polaritu a zkontrolovat integritu kontaktů zařízení. Složitější chemické zdroje proudových baterií vyžadují vážnější péči. Účelem jejich služby je maximalizovat životnost. Péče o baterii je:

• zachování čistoty;
• monitorování napětí otevřeného obvodu;
• udržování hladiny elektrolytu (pro doplňování může být použita pouze destilovaná voda);
• kontrola koncentrace elektrolytu (pomocí hydrometru - jednoduchého zařízení pro měření hustoty kapalin).

Při provozu galvanických článků je třeba dodržovat všechny požadavky týkající se bezpečného používání elektrických spotřebičů.

HIT klasifikace elektrochemickými systémy

Typy zdrojů chemického zdroje v závislosti na systému:

• olovo (kyselina);
• nikl-kadmium, nikl-železo, nikl-zinek;
• mangan-zinek, měď-zinek, rtuť-zinek, chlor-zinek;
• stříbro-zinek, stříbro-kadmium;
• vzduch-kov;
• nikl-vodík a stříbro-vodík;
• mangan-hořčík;
• lithium atd.

Moderní aplikace HIT

• vozidla;
• přenosné přístroje;
• vojenské a kosmické technologie;
• vědecké vybavení;
• lékařství (kardiostimulátory).

Známé příklady HIT v každodenním životě:

• baterie (suché baterie);
• baterie přenosných domácích spotřebičů a elektroniky;
• nepřerušitelné napájecí zdroje;
• autobaterie.

Lithium chemické zdroje proudu byly obzvláště široce používány. To je způsobeno skutečností, že lithium (Li) má nejvyšší specifickou energii. Faktem je, že se vyznačuje nejzávažnějšími potenciál elektrody mezi všemi ostatními kovy. Lithium-iontové baterie (LIA) překonávají všechny ostatní HIT, pokud jde o specifickou energii a provozní napětí. Nyní postupně zvládnou novou oblast - automobilovou dopravu. V budoucnu se vývoj vědců spojených se zlepšením lithiových baterií bude pohybovat směrem k ultratenkým strukturám a velkým super výkonným bateriím.