Zdroje prúdu chemické. Druhy chemických súčasných zdrojov a zariadení

Zdroje prúdu chemické (skrátene HIT) - úprava, v ktorej je energia redox reakcia premieňa na elektrickú energiu. Ich ďalšie názvy - elektrochemický bunka, galvanický článok , elektrochemický bunka. Ich pracovný princíp je nasledujúci: interakcie týchto dvoch činidiel spôsobuje chemickú reakciu s konštantným elektrickým prúdom rozdeľovanie elektrickej energie. V iných zdroj proces generovania elektrickej energie prúdu dochádza viacstupňového systému. Najprv povolený tepelnej energie, potom sa transformuje na mechanickú a až potom na elektrickú energiu. Výhoda HIT - jednostupňový proces, tj. Elektrickej energie sa získa priamo, obchádza kroky poskytnutie tepelnej a mechanickej energie.

príbeh

Ako sa prvý zdroj prúdu? chemické zdroje boli nazvané galvanických článkov podľa talianskeho vedca osemnásteho storočia - Luigi Galvani. Bol to lekár, anatóm, fyziológ a fyzik. Jednou z oblastí jeho výskumu bolo štúdium reakcie zvierat na rôzne vonkajšie vplyvy. Chemický spôsob výroby elektrickej energie bola otvorená Galvani náhodne, pri jednom zo svojich pokusov na žaby. Je napojený na surovej nervu v žabích nohách dve kovové dosky. Keď sa to stalo, svalový sťah. Vlastné vysvetlenie tohto javu Galvani mýlil. Ale výsledky svojich experimentov a pozorovaní pomohol svojho krajana Alessandro Volta v ďalších štúdiách.

Volta vyložil vo svojej práci teórie vzniku elektrického prúdu pomocou chemickej reakcie medzi dvoma kovmi je v kontakte s svalového tkaniva srdcovky. Prvé chemické zdroj prúdu vyzeral ako nádoby s roztokom chloridu sodného, s doskami ponorenými v nej zinku a medi.

V priemyselnom meradle začal CCS byť produkovaný v druhej polovici devätnásteho storočia, a to vďaka Francúzom Leklanshe kto vynašiel primárnej mangánu a zinku buniek soli elektrolytu, pomenovaný po ňom. Po niekoľkých rokoch, ale toto bolo vylepšené elektrochemický článok s ostatnými vedcami a je jedinou základné chemické zdroje elektrickej energie pred rokom 1940.

Konštrukcia a prevádzka HIT

chemický zdroj prúdu zariadenia obsahuje dve elektródy (vodiče prvého druhu) a intervenujúci elektrolyt (vodič druhého druhu, alebo iónový vodič). Na hranici elektronického potenciálu vzniká medzi nimi. Elektróda, na ktorom je oxidovaný redukčné činidlo nazýva anóda, a ten, pri ktorej sa oxidačné činidlo pre obnovu - katóda. Spoločne s elektrolytom, ktoré tvoria elektrochemický systém.

Vedľajší produkt redox reakcie medzi elektródami je výskyt elektrického prúdu. V priebehu tejto reakcie, sa redukčné činidlo oxiduje a oxidačné činidlo dáva elektróny, ktorá ich prijíma, a v dôsledku toho je obnovená. Prítomnosť elektrolytu medzi katódou a anódou je nevyhnutnou podmienkou reakcie. Ak iba zmiešať prášky dvoch rôznych kovov, žiadny elektrický výboj nenastane, všetka energia sa uvoľní vo forme tepla. Elektrolyt je potreba zjednodušiť proces prenosu elektrónov. Najčastejšie sa jedná soľného roztoku alebo taveniny jeho kvality.

Elektródy vyzerať plechu alebo roštu. Pri ich ponorení do elektrolytu vzniká elektrický potenciálny rozdiel medzi nimi - napätie naprázdno. Anóda má sklon k vplyvu elektrónov a katódou - na ich prijatie. Na ich povrchu sa spustí chemická reakcia. Sú zastavil otvorením reťazca, ako aj, keď jedna z reakčných zložiek spotrebuje. Breaking prebieha odstránenie jednej z elektród alebo elektrolytu.

Zloženie elektrochemické systémy

Zdroje prúdu chemické oxidanty sú použité ako soli s kyselinami, kyslík, kyslík, halogenidy, oxidy kovov vyššia nitrozlúčeniny a t. D. redukčné činidlá v ňom sú kovy a ich nižšia oxidy, vodík, a uhľovodíkové zlúčeniny. Ako elektrolyty použité:

1. Vodné roztoky kyseliny, hydroxidy, soli a tak ďalej. D.
2. Nevodné roztoky s iónovou vodivosťou, získané rozpustením soli v organických alebo anorganických rozpúšťadlách.
3. soľ topí.
4. Pevné látky sa iónové mriežky, kde jedna z pohyblivých iónov.
5. Matrix elektrolyty. Toto kvapalné roztoky alebo taveniny sa nachádzajú v póroch pevnej nevodivého telesá - elektronositelya.
6. Ionomeničových elektrolyty. Toto pevné spojenie s pevnými iónových skupín rovnakého znamienka. Ďalším znakom Jonáša, zatiaľ čo mobilné telefóny. Táto vlastnosť robí vodivosti elektrolytu unipolárny.

galvanické batérie

Chemické zdroje prúdu pozostávajú z elektrochemických článkov - buniek. Napätie v jednej z týchto buniek je malá - od 0,5 do 4V. V závislosti na potrebách, HIT použiť galvanické batérie, ktorá sa skladá z niekoľkých sériovo pripojených prvkov. To je niekedy používaný v paralelne alebo v sériovo paralelnej spojenie niekoľkých prvkov. V sériovom zapojení vždy obsahovať len tie isté primárne články alebo batérie. Mali by mať rovnaké parametre sú: elektrochemický systém, dizajn, proces zmeny a veľkosť. Pre paralelné pripojenie je možné použiť prvky rôznych veľkostí.

klasifikácia HIT

Chemické zdroje sa líšia:

• veľkosť;
• výstavbe;
• činidlá;
• Nature energoobrazuyuschey reakcie.

Tieto parametre definujú výkonnosť CCS vhodných pre konkrétnu aplikáciu.

Klasifikácia elektrochemických článkov na báze rozdielov v princípe prevádzke. V závislosti na týchto charakteristikách, rozlišovať:

1. Primárne chemické zdroje - jednorazové položky. Majú určité obrázky činidla, ktoré je spotrebovaný pri reakcii. Po takomto plnom výbojových buniek stráca účinnosť. V ďalšom primárnom HIT sa nazýva galvanické články. Verný bude jednoducho nazývať - prvok. Najjednoduchším príkladom primárny zdroj energie - "batérie" AA.
2. Nabíjacie chemické zdroje prúdu - batérie (nazývané aj sekundárne, reverzibilná HIT) sú opakovane použiteľné prvky. Priechodom prúdu od vonkajšieho obvodu v opačnom smere prostredníctvom batérie po úplnom vybití strávil reakčnej zložky sa regenerujú opäť hromadia chemickej energie (nabíjanie). Vzhľadom na možnosť nabíjanie z vonkajšieho zdroja konštantného prúdu zariadenie sa používa po dlhú dobu, prerušovane dobiť. Proces generovania elektrickej energie sa nazýva vybitiu akumulátora. Patrí medzi ne HIT batériou mnohých elektronických zariadení (notebooky, mobilné telefóny a tak ďalej. N.).
3. Tepelné chemické zdroje - zariadenie nepretržitého pôsobenia. Pri ich prevádzke je nepretržitý tok nových šarží činidla a odstránenie reakčných produktov.
4. Kombinované (polutoplivnyh) elektrochemické články mať zásobu jednej z reakčných zložiek. Druhé zariadenie je dodávaný von. Životnosť prístroja je závislá na dodávkach z prvého reagujúcu zložku. Kombinované chemické zdroja elektrického prúdu sa používajú ako batérie, ak je tu možnosť obnoviť svoj náboj prechádzajúceho prúdu z externého zdroja.
5. HIT obnoviteľné nabíjať mechanicky alebo chemicky. Pre nich je možné vymeniť za plné nabitie strávil činidiel na nové diely. To znamená, že nie sú spojité zariadenia, rovnako ako batérie pravidelne dobíjať.

charakteristika HIT

Hlavné vlastnosti chemických zdrojov energie patrí:

1. Napätie naprázdno (OCV alebo vybíjanie napätie). Táto rýchlosť závisí predovšetkým na elektrochemického systému (kombinácia redukčného činidla, oxidačné činidlá a elektrolytu). Tiež OCV ovplyvniť koncentráciu elektrolytov, stupeň vypúšťaním, teploty a ďalších. OCV závisí od hodnoty prúdu pretekajúceho HIT.
2. Power.
3. Vybíjací prúd - v závislosti na vonkajšom odporu obvode.
4. Kapacita - maximálne množstvo elektriny, ktorá dáva HIT, keď je úplne vybitá.
5. Energetický obsah - maximum energie prijaté v plnom vypúšťacieho zariadení.
6. Energetické charakteristiky. U batérií, je v prvom rade zaručená počtu nabitia a vybitia bez zníženia kapacity napätia alebo nabíjacie (zdrojov).
7. Teplotný výkon rozsah.
8. Skladovacia doba - maximálna doba medzi výrobou a prvého vypúšťacieho zariadenia.
9. Životnosť - maximálna celková skladovacia a pracovný život. Pre palivové články sú dôležité doby prevádzky s kontinuálnym a prerušovanou prevádzkou.
10. Celková energia dodávaná po celú dobu životnosti.
11. Mechanická odolnosť voči vibráciám, nárazom, a tak ďalej. N.
12. Schopnosť pracovať v ľubovoľnej polohe.
13. Spoľahlivosť.
14. Jednoduchá údržba.

Požiadavky na HIT

Konštrukcia elektrochemických článkov by mala poskytnúť prostredie priaznivé pre čo najefektívnejšie reakcie. Tieto podmienky zahŕňajú:

• zabránenie úniku prúdu;
• uniforme práce;
• mechanická pevnosť (vrátane tesnenia);
• oddeľovanie reakčných zložiek;
• dobrý kontakt medzi elektródami a elektrolytom;
• vybíjacieho prúdu z reakčnej zóny k externému výstupu s minimálnymi stratami.

Zdroje prúdu chemické musí spĺňať nasledujúce všeobecné požiadavky:

• Najvyšších hodnôt špecifických parametrov;
• Maximálny teplotný rozsah prevádzkyschopnosti;
• najväčší stres;
• minimálne náklady na jednotku energie;
• napätia stability;
• účtovať zachovanie;
• zabezpečenia;
• jednoduchosť údržby, a v ideálnom prípade nie je potrebné pre neho;
• dlhá životnosť.

prevádzka HIT

Hlavnou výhodou primárnych článkov - nie je potreba údržby. Predtým, než začnete používať je dostatočne kontrolovať vzhľad, skladovateľnosť. Po pripojení je nutné dodržať polaritu a skontrolovať integritu kontaktov zariadenia. Zložitejšie chemické zdroje - batérie, požadujú vážnejšie starostlivosť. Účelom ich služby - maximálne predĺženie životnosti. Starostlivosť o batérie je:

• udržiavanie čistoty;
• sledovanie napätie naprázdno;
• udržiavanie hladiny elektrolytu (pre výmenu iba destilovanú vodu možno použiť);
• Kontrola koncentrácia elektrolytu (cez hustomeru - jednoduché zariadenie na meranie hustoty tekutín).

Pri prevádzke elektrochemických článkov, musí spĺňať všetky požiadavky týkajúce sa bezpečného používania elektrických spotrebičov.

HIT Klasifikácia elektrochemických systémov

Druhy chemických zdrojov prúdu, v závislosti na systéme:

• viesť (kyselina);
• nikel-kadmium, nikel-železo, nikel, zinok;
• mangán-zinok, meď-zinok, ortuť, zinok, zinok-chlorid;
• striebro-zinok, striebro a kadmium;
• vzduch-kov;
• nikel-vodík a striebro-vodík;
• mangánu a horčíka;
• lítny a t. d.

Moderné použitie HIT

Zdroje prúdu chemické To je v súčasnej dobe používa v:

• vozidlá;
• prenosné zariadenia;
• vojenské a vesmírne technológie;
• vedecké prístroje;
• Lekárstvo (kardiostimulátory).

Známe príklady HIT v domácnosti:

• batérie (suché články);
• akumulátory prenosné domácich spotrebičov a elektroniky;
• neprerušiteľný zdroj napájania;
• autobatérie.

Zvlášť široko prijaté lítiových chemickej zdroja elektrickej energie. To je spôsobené tým, že lítium (Li) má najväčšiu hustotu energie. Skutočnosť, že sa môže pochváliť zápornej elektródy potenciál všetkých ostatných kovov. Lítium-iónové batérie (LIA) pred všetkými ostatnými hodnotami CCS a merné energie pracovného napätia. Teraz sa postupne zvládnuť nové sféry - autodopravu. V budúcich vedeckých poznatkov týkajúcich sa zlepšenia lítiových batérií, sa bude pohybovať v smere ultratenkých návrhov a veľkých ťažkých batérií.