Източниците на ток са химически. Видове химически източници на ток и тяхното устройство

Източници на ток

история

Как се появиха първите източници на ток? Химическите източници се наричат ​​галванични клетки в чест на италианския учен Луиджи Галвани от осемнадесети век. Той беше лекар, анатом, физиолог и физик. Едно от насоките на неговото изследване е да изследва реакциите на животните на различни външни влияния. Химическият метод за получаване на електроенергия е бил открит от Галвани случайно, по време на един от експериментите с жаби. Свърза две метални плочи към голия нерв на крака на жабата. В същото време се стига до мускулна контракция. Самото му обяснение за това явление Галвани е било неправилно. Но резултатите от неговите експерименти и наблюдения помогнаха на неговия сънародник Алесандро Волта в последващи проучвания.

Волта представя в своята работа теорията за появата на електрически ток в резултат на химична реакция между два метала при контакт с мускулната тъкан на жаба. Първият химичен източник на ток приличаше на контейнер със солев разтвор, в който имаше цинк и мед.

В промишлен мащаб CCS започва да се произвежда през втората половина на деветнадесети век, благодарение на французин Leklanshe които изобретени първичните манган-цинк клетките с електролит сол, на името му. След няколко години, това е подобрена електрохимична клетка с други учени и е единственият първични химични източници на електроенергия преди 1940.

Устройството и принципът на работа на HIT

Устройството за химически източници на ток включва два електрода (проводници от първия вид) и електролита, разположен между тях (проводник от втори вид или йонни проводници). На границата между тях има електронен потенциал. Електродът, върху който се окислява редуциращото средство, се нарича анод, а този, на който се редуцира окислителят, е катод. Заедно с електролита те образуват електрохимична система.

Страничен ефект от реакцията на окисление-редукция между електродите е възникването на електрически ток. По време на такава реакция редуциращият агент окислява и отделя електрони на окислителя, който ги отвежда и по този начин се възстановява. Присъствието между катода и анода на електролита е необходимо условие за реакцията. Ако просто смесвате праховете от два различни метала, няма да се отделя електричество, цялата енергия ще се отделя като топлина. Електролитът е необходим за поръчване на процеса на електронен трансфер. Най-често в качеството му е физиологичен разтвор или стопилка.

Електродите изглеждат като метални пластини или решетки. Когато се потопят в електролита, има разлика в електрическите им потенциали - напрежението на отворената верига. Анодът има тенденция да дава електрони, а катодът - до тяхното приемане. На тяхната повърхност започват химическите реакции. Спират, когато веригата се отвори, и когато един от реагентите се консумира. Веригата се отваря, когато един от електродите или електролитът бъде отстранен.

Състав на електрохимичните системи

Източници на ток Химическа окислители се използват като соли кислород киселина, кислород, халогениди, по-високи метални оксиди nitroorganic съединение и т. Г. Редуциращи агенти в него са метали и по-ниски техните оксиди, водород и въглеводородни съединения. Като използват електролити:

1. Водни разтвори на киселини, алкали, соли и др.
2. Неводни разтвори с йонна проводимост, получени чрез разтваряне на соли в органични или неорганични разтворители.
3. Смеси от соли.
4. Твърди съединения с йонна решетка, в която един от йоните е подвижен.
5. Матрични електролити. Това са течни разтвори или стопилки, които се намират в порите на твърдо непроводящо тяло, електрически превозвач.
6. Йонообменни електролити. Това са твърди съединения с фиксирани йоногенни групи от един и същ знак. Ионите на другия знак са мобилни едновременно. Това свойство прави проводимостта на такъв електролит еднополюсен.

Галванични батерии

Класификация на HIT

Химическите източници на ток се различават по:

• размер;
• строителство;
• реагенти;
• природата на енергийно-образуващата реакция.

Тези параметри определят оперативните свойства на HIT, подходящи за конкретно приложение.

Класификацията на електрохимичните клетки се основава на разликата в принципа на работа на устройството. В зависимост от тези характеристики, различавайте:

1. Първичните химически източници на ток са елементи на едно действие. Те имат определен запас от реагенти, които се консумират по време на реакцията. След пълно изтощаване тази клетка губи своята ефективност. По друг начин, първичните HIT се наричат ​​галванични клетки. Ще бъде правилно да ги наричате просто - елемент. Най-простите примери за първичен източник на енергия са "батерията" AA.
2. Акумулаторни химически източници на ток - батерии (наричани също вторичен, обратими HIT) са за многократна употреба елементи. Чрез преминаване на ток от външната верига в обратна посока през батерията след пълното изпразване прекарва реагенти се регенерират отново натрупват химически енергия (зарежда). Благодарение на възможността за зареждане от външен постоянен ток устройство източник се използва за дълъг период от време, с прекъсвания за презареждане. Процесът на производство на електрическа енергия се нарича освобождаване от отговорност на акумулатор. Те включват ХИТ батерии на много електронни устройства (лаптопи, мобилни телефони и др. Н.).
3. Топлинните химически източници на ток са устройства на непрекъснато действие. В хода на тяхната работа непрекъснато се доставя нова част от реагентите и продуктите от реакцията се отстраняват.
4. В комбинираните (полу-горивни) галванични клетки има резерв на един от реагентите. Вторият се подава в устройството отвън. Животът на устройството зависи от резервата на първия реагент. Комбинирани химически източници на електрически ток се използват като акумулатори, ако е възможно да се възстанови заряда им чрез преминаване на ток от външен източник.
5. HIT възобновяемите енергийни източници се презареждат механично или химически. За тях е възможно да се заменят консумираните реагенти с нови порции след пълно изхвърляне. Това означава, че те не са непрекъснати устройства, а като акумулатори периодично презареждат.

Характеристики на HIT

Основните характеристики на източниците на химическа енергия са:

1. Отворено напрежение (NDC или разрядно напрежение). Този индикатор, на първо място, зависи от избраната електрохимична система (комбинация от редуктор, окислител и електролит). Също така, концентрацията на електролита, степента на изпускане, температурата и други влияния на НЗР. NDC зависи от стойността на тока, преминаващ през HIT.
2. Ел.
3. Изходящият ток зависи от съпротивлението на външната верига.
4. Капацитет - максималното количество електричество, което HIT дава, когато е напълно разрешено.
5. Запазването на енергия е максималната енергия, получена, когато устройството е напълно разредено.
6. Енергийни характеристики. За акумулатори това е, на първо място, гарантирано количество цикли на зареждане без да се намалява капацитета или напрежението на зареждане (ресурс).
7. Температурен диапазон на експлоатация.
8. Срокът на годност е максимално допустимото време между производството и първата цифра на устройството.
9. Срокът на експлоатация е максималният допустим общ срок на годност и работа. За горивните клетки, експлоатационният живот е важен при продължителна и периодична работа.
10. Общата енергия, дадена за целия живот.
11. Механична якост по отношение на вибрации, шокове и др.
12. Способност да работите във всяка позиция.
13. Надеждност.
14. Лесна поддръжка.

Изисквания за HIT

Дизайнът на електрохимичните клетки трябва да осигури условията, които допринасят за най-ефективния ход на реакцията. Тези условия включват:

• предотвратяване на ток на утечка;
• единна работа;
• механична якост (включително плътност);
• отделяне на реагентите;
• добър контакт между електродите и електролита;
• текущото изтичане от реакционната зона към външния терминал с минимални загуби.

• най-високите стойности на специфичните параметри;
• максимален температурен обхват на експлоатация;
• най-големият стрес;
• минималната цена на единица енергия;
• Стабилност на напрежението;
• безопасност на заряда;
• сигурност;
• простота на услугата и, в идеалния случай, няма нужда от нея;
• дълъг експлоатационен живот.

Експлоатация на ХИТ

Основното предимство на първичните галванични клетки е, че няма нужда от поддръжка. Преди да започнете да ги използвате, трябва само да проверите външния вид, срока на валидност. При свързване е важно да се спазва полярността и да се проверява целостта на контактите на устройството. По-сложните химически източници на ток - батерии изискват по-сериозна грижа. Целта на услугата е да се увеличи максималният срок на експлоатация. Грижата за батерията е:

• поддържане на чистота;
• мониторинг на напрежението на отворените вериги;
• поддържане на нивото на електролита (за зареждане може да се използва само дестилирана вода);
• контрол на концентрацията на електролита (с помощта на хидрометър - просто устройство за измерване на плътността на течностите).

При работа с галванични клетки трябва да се спазват всички изисквания, свързани с безопасното използване на електрически уреди.

Класификация на HIT чрез електрохимични системи

Видове източници на химическа енергия в зависимост от системата:

• олово (киселина);
• никел-кадмий, никел-желязо, никел-цинк;
• манган-цинк, мед-цинк, живак-цинк, хлор-цинк;
• сребърен цинк, сребърен кадмий;
• въздух метал;
• никел-водород и сребро-водород;
• манган-магнезий;
• литий и др.

Съвременното приложение на HIT

• превозни средства;
• преносими устройства;
• военни и космически технологии;
• научно оборудване;
• лекарства (пейсмейкъри).

Познати примери за ХИТ в ежедневието:

• батерии (сухи батерии);
• акумулатори на преносими домакински уреди и електроника;
• непрекъснати захранвания;
• автомобилни батерии.

Литиево-химичните източници на ток са особено широко използвани. Това се дължи на факта, че литий (Li) има най-висока специфична енергия. Фактът е, че се отличава с най-негативните потенциала на електрода сред всички останали метали. Литиево-йонните батерии (LIA) превъзхождат всички други HIT по отношение на специфичната енергия и работното напрежение. Сега те постепенно овладяват нова област - автомобилен транспорт. В бъдещите научни разработки, свързани с подобряването на литиеви батерии, ще се движат в посока на свръхтънки дизайн и големи батерии тежкотоварни.