Resurse curentului chimice. Tipuri de surse de curent chimice și dispozitiv

Resurse curentului chimice (HIT abreviat) - adaptare, în care energia unei reacții redox este convertită în energie electrică. alte nume lor - o electrochimic de celule, celule galvanice , o celulă electrochimică. Principiul lor de funcționare este următorul: interacțiunea dintre cei doi reactivi determină o reacție chimică cu o alocare de energie curent electric constant. În alt curent de proces sursă de generare a energiei electrice are loc schema de mai multe trepte. În primul rând lansat de energie termică, apoi este transformată în mecanică și numai apoi în energie electrică. Avantaj HIT - proces-o singură etapă, adică energia electrică este obținută direct, ocolind etapele de furnizare termice și energii mecanice.

poveste

Cum a făcut prima sursă de curent? surse chimice au fost numite celule galvanice , după savantul italian al secolului al XVIII - lea - Luigi Galvani. El a fost un medic, anatomist, fiziolog si fizician. Unul dintre domeniile cercetărilor sale a fost de a studia reacțiile animalelor la diferite influențe externe. Metoda chimică de producere a energiei electrice a fost deschis Galvani accidental, în timpul uneia dintre experimentele sale pe broaște. Este conectat la un nerv brut în picioare broasca două plăci metalice. Atunci când acest lucru sa întâmplat contracția musculară. propria explicație a acestui fenomen de Galvani a fost greșit. Dar rezultatele experimentelor și observațiilor sale au ajutat compatriotul său Alessandro Volta în studiile ulterioare.

Volta a expus în lucrarea sa teoria apariției curentului electric printr-o reacție chimică între două metale în contact cu țesutul muscular al broasca. Prima sursă de curent chimic arăta ca un recipient cu apă sărată, cu plăci de cufundați în ea zinc și cupru.

La scară industrială CCS a început să fie produse în a doua jumătate a secolului al XlX-lea, datorită francez Leklanshe care au inventat celulele mangan-zinc primar cu electrolit de sare, numit după el. După câțiva ani, acest lucru a fost imbunatatit de celule electrochimice la alți oameni de știință și este singurele surse chimice primare de energie electrică înainte de 1940.

Proiectarea și operarea HIT

dispozitiv de sursă de curent chimic include doi electrozi (conductori de primul tip) și electrolitul care intervin (conductor al doilea tip, sau conductor de ioni). La granița potențialului electronic apare între ele. Electrodul pe care agentul reducător este oxidat numit anod, iar cel de la care recuperarea oxidant - catod. Împreună cu electrolitul, ele constituie un sistem electrochimic.

Un produs secundar al reacției redox dintre electrozi este apariția unui curent electric. În timpul acestei reacții, agentul reducător este oxidat și oxidant dă electronii care le acceptă și din cauza aceasta este restaurat. Prezența electrolitului între catod și anod este o reacție condiție. În cazul în care pur și simplu se amestecă împreună pulberi a două metale diferite, fără descărcare electrică nu se produce, toată energia va fi eliberată sub formă de căldură. Este nevoie de electrolit pentru a eficientiza procesul de transfer de electroni. acționează Cel mai adesea soluție de sare sau topitură a calității sale.

Electrozii arata ca placă de metal sau grilă. La scufundarea lor în electrolit apare o diferență de potențial electric între ele - tensiunea de circuit deschis. Anodul are tendința de a impactului de electroni și un catod - la adoptarea lor. Pe suprafața lor începe reacția chimică. S-au oprit prin deschiderea lanțului, precum și atunci când unul dintre reactanți consumat. Ruperea are loc prin îndepărtarea unuia dintre electrozi sau electrolit.

sisteme de compoziție electrochimice

Resurse curentului oxidanți chimice sunt utilizate ca săruri acide de oxigen, oxigen, halogenuri, oxizi metalici superioare compus nitroorganic și t. D. agenți sunt în acestea metalele și oxizii lor inferiori, hidrogen și compuși hidrocarbonați Reducerea. Ca electroliti utilizat:

1. Soluțiile apoase de acizi, alcaline, sare și așa mai departe. D.
2. soluții neapoase cu conductivitate ion obținute prin dizolvarea sării în solvenți organici sau anorganici.
3. sare topește.
4. Compușii solizi cu zăbrele ionice, în care unul dintre ionii mobile.
5. electroliți Matrix. Aceste soluții lichide sau topituri sunt localizate în porii unui corp solid non-conductiv - elektronositelya.
6. electroliți de schimb de ioni. Această legătură solidă cu grupările ionice fixe de același semn. un alt semn al Iona în timp ce mobil. Această proprietate face conductivitatea unipolar electrolit.

acumulator galvanic

surse de curent chimice constau din celule electrochimice - celule. Tension într-una din aceste celule este mică - de la 0,5 până la 4V. În funcție de necesități, HIT folosiți baterie galvanică, format din mai multe elemente conectate în serie. Este folosit uneori în paralel sau în legătură serie-paralel a mai multor elemente. Într-un circuit serie include întotdeauna numai aceleași celule primare sau baterii. Acestea ar trebui să aibă aceiași parametri sunt: sistem electrochimic, proiectare, procesul de variație și dimensiunea. Pentru conectarea paralelă este posibilă folosirea elementelor de diferite dimensiuni.

HIT clasificare

Surse chimice diferă în:

• dimensiune;
• construcții;
• reactivi;
• Natura reacție energoobrazuyuschey.

Acești parametri definesc performanța CSC adecvate pentru o anumită aplicație.

Clasificarea celulelor electrochimice bazate pe diferențele de principiu de funcționare. În funcție de aceste caracteristici, disting:

1. Surse chimice primare - articole de unică folosință. Ei au un anumit reactivi de stoc, care se consumă în reacție. După o astfel de celulă completă de descărcare pierde eficiența. Într-un alt HIT primar este numit celule galvanice. Credincios îi va chema pur și simplu - elementul. Cel mai simplu exemplu de o sursă de energie primară - „baterie“ AA.
2. Surse Reîncărcabil chimice curente - baterii (numite secundare, HIT reversibile) sunt elemente reutilizabile. Prin trecerea unui curent din circuitul exterior în direcția inversă prin bateria după plin cu descărcare uzat reactanții sunt regenarată acumulează din nou energie chimică (încărcat). Datorită posibilității de încărcare de la un dispozitiv de sursă de curent constant extern este folosit pentru o lungă perioadă de timp, intermitent, pentru a reîncărca. Procesul de generare a energiei electrice se numește descărcarea acumulator. Acestea includ baterii HIT de mai multe dispozitive electronice (laptop-uri, telefoane mobile și așa mai departe. N.).
3. Surse chimice termice - dispozitive de acțiune continuă. În timpul funcționării acestora există un flux continuu de noi loturi de reactivi și îndepărtarea produșilor de reacție.
4. Combinate (polutoplivnyh) celule electrochimice au un stoc de unul dintre reactanți. Al doilea dispozitiv este furnizat spre exterior. Durata de viață a dispozitivului depinde de alimentarea primului reactant. Surse combinate chimice de curent electric sunt utilizate ca baterii, în cazul în care există posibilitatea de a restabili taxa lor prin trecerea curentului de la o sursă externă.
5. HIT regenerabile reîncărcat mecanic sau chimic. Pentru ei, este posibil să se înlocuiască, după o încărcare completă petrecut reactivi pe noi porțiuni. Adică, ele nu sunt dispozitive continue la fel de bine, cum ar fi bateriile reîncărcate periodic.

caracteristici HIT

Principalele caracteristici ale surselor de energie chimice includ:

1. tensiune circuit deschis (OCV sau o tensiune de descărcare). Această rată depinde în principal de sistemul electrochimic (combinație a unui agent de reducere, agentul de oxidare și electrolit). De asemenea, OCV afectează concentrația de electrolit, gradul de descărcare, temperatura și altele. OCV depinde de valoarea curentului care curge prin HIT.
2. Putere.
3. Curentul de descărcare - în funcție de rezistența circuitului exterior.
4. Capacitatea - cantitatea maximă de energie electrică, care dă HIT atunci când este complet descărcat.
5. Conținutul de energie - energie maximă primită în completă a dispozitivului de descărcare.
6. Caracteristicile energetice. Pentru baterii, este garantat în primul rând, numărul de cicluri de încărcare-descărcare de fără a reduce capacitatea de tensiune sau de încărcare (resurse).
7. Interval de temperatură de performanță.
8. Durata de stocare - cantitatea maximă de timp între fabricație și primul dispozitiv de evacuare.
9. Durata de viață - depozitarea maximă totală și de viață de muncă. Pentru combustibilul celule sunt perioade importante de serviciu, cu funcționare continuă și intermitentă.
10. Energia totală livrată pentru întreaga durată de viață.
11. Rezistența mecanică cu privire la vibrații, șocuri, și așa mai departe. N.
12. Abilitatea de a lucra în orice poziție.
13. Fiabilitate.
14. Ușor de întreținere.

Cerințe pentru HIT

Design-ul celulelor electrochimice ar trebui să ofere un mediu propice pentru cea mai eficientă reacție. Aceste condiții includ:

• prevenirea scurgerilor de curent;
• uniformă de lucru;
• rezistență mecanică (inclusiv de etanșare);
• separarea reactanților;
• un contact bun între electrozi și electrolit;
• descărcarea curentului din zona de reacție la o ieșire externă cu pierderi minime.

Resurse curentului chimice trebuie să îndeplinească următoarele cerințe generale:

• cele mai mari valori ale parametrilor specifici;
• interval de temperatură maximă de operabilității;
• cel mai mare stres;
• costul minim al unei unități de energie;
• tensiune de stabilitate;
• taxa de conservare;
• de securitate;
• ușurința de întreținere, și în mod ideal, nu este nevoie de ea;
• durată lungă de viață.

HIT Funcționare

Principalul avantaj al celulelor primare - nu este nevoie de nici o întreținere. Înainte de a începe să le utilizați suficient pentru a verifica aspectul, perioada de conservare. Când este conectat este important să se respecte polaritatea și verificați integritatea contactelor dispozitivului. Mai multe surse chimice complexe - baterii, cer o îngrijire mai grave. Scopul serviciului lor - prelungirea maximă a vieții. Grija pentru bateria este:

• menținerea curățeniei;
• monitorizarea tensiunii de circuit deschis;
• menținerea nivelului de electrolit (pentru reîncărcare numai apă distilată pot fi utilizate);
• Controlul concentrației de electrolit (prin hidrometru - dispozitiv simplu pentru măsurarea densității fluidului).

În timpul funcționării celulelor electrochimice trebuie să respecte toate cerințele privind utilizarea în siguranță a aparatelor electrice.

HIT Clasificarea sistemelor electrochimice

Tipuri de surse de curent chimice, în funcție de sistemul:

• plumb (acid);
• nichel-cadmiu, nichel-fier, nichel și zinc;
• mangan-zinc, cupru-zinc, mercur, zinc, clorură de zinc;
• argint-zinc, argint și cadmiu;
• Aer metal;
• nichel-hidrogen și argint-hidrogen;
• mangan-magneziu;
• litiu și t. d.

utilizarea modernă a HIT

Resurse curentului chimice Acesta este utilizat în prezent în:

• vehicule;
• dispozitive portabile;
• tehnologie militară și spațiu;
• echipament științific;
• Medicina (stimulatoare cardiace).

exemple familiare ale HIT în casă:

• baterii (celule uscate);
• baterii portabile electrocasnice și electronice;
• sursă de alimentare neîntreruptibilă;
• baterii auto.

Mai ales a adoptat pe scară largă surse chimice de litiu de energie electrică. Acest lucru se datorează faptului că litiu (Li) are cea mai mare densitate de energie. Faptul că acesta are negativ potențialul de electrod al tuturor celorlalte metale. Bateriile litiu-ion (LIA) înaintea tuturor celorlalte valori ale CSC și energia specifică a tensiunii de lucru. Acum, ei maestru treptat o nouă sferă - transport rutier. În viitor, evoluțiile științifice legate de îmbunătățirea bateriilor cu litiu, se va deplasa în direcția de modele ultrasubțiri și baterii mari, grele.