Zdroje proudu chemické. Druhy chemických současných zdrojů a zařízení

Zdroje proudu chemické (zkráceně HIT) - úprava, ve které je energie redox reakce přeměňuje na elektrickou energii. Jejich další názvy - elektrochemický buňka, galvanický článek , elektrochemický buňka. Jejich pracovní princip je následující: interakce těchto dvou činidel způsobuje chemickou reakci s konstantním elektrickým proudem rozdělování elektrické energie. V jiných zdroj proces generování elektrické energie proudu dochází vícestupňového systému. Nejprve povolený tepelné energie, pak se transformuje na mechanickou a teprve potom na elektrickou energii. Výhoda HIT - jednostupňový proces, tj. Elektrické energie se získá přímo, obchází kroky poskytnutí tepelné a mechanické energie.

příběh

Jak se první zdroj proudu? chemické zdroje byly nazvány galvanických článků podle italského vědce osmnáctého století - Luigi Galvani. Byl to lékař, anatom, fyziolog a fyzik. Jednou z oblastí jeho výzkumu bylo studium reakce zvířat na různé vnější vlivy. Chemický způsob výroby elektrické energie byla otevřena Galvani náhodně, při jednom ze svých pokusů na žáby. Je napojen na surové nervu v žabích nohou dvě kovové desky. Když se to stalo, svalový stah. Vlastní vysvětlení tohoto jevu Galvani mýlil. Ale výsledky svých experimentů a pozorování pomohl svého krajana Alessandro Volta v dalších studiích.

Volta vyložil ve své práci teorie vzniku elektrického proudu pomocí chemické reakce mezi dvěma kovy je v kontaktu s svalové tkáně srdcovky. První chemické zdroj proudu vypadal jako nádoby s roztokem chloridu sodného, s deskami ponořenými v ní zinku a mědi.

V průmyslovém měřítku began 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.

Konstrukce a provoz HIT

chemický zdroj proudu zařízení obsahuje dvě elektrody (vodiče prvního druhu) a intervenující elektrolyt (vodič druhého druhu, nebo iontový vodič). Na hranici elektronického potenciálu vzniká mezi nimi. Elektroda, na němž je oxidován redukční činidlo nazývá anoda, a ten, při které se oxidační činidlo pro obnovu - katoda. Společně s elektrolytem, které tvoří elektrochemický systém.

Vedlejší produkt redox reakce mezi elektrodami je výskyt elektrického proudu. V průběhu této reakce, se redukční činidlo oxiduje a okysličovadlo dává elektrony, která je přijímá, a v důsledku toho je obnovena. Přítomnost elektrolytu mezi katodou a anodou je nezbytnou podmínkou reakce. Pokud pouze smíchat prášky dvou různých kovů, žádný elektrický výboj nenastane, veškerá energie se uvolní ve formě tepla. Elektrolyt je potřeba zjednodušit proces přenosu elektronů. Nejčastěji se jedná solného roztoku nebo taveniny jeho kvality.

Elektrody vypadat plechu nebo roštu. Při jejich ponoření do elektrolytu vzniká elektrický potenciální rozdíl mezi nimi - napětí naprázdno. Anoda má sklon k dopadu elektronů a katodou - k jejich přijetí. Na jejich povrchu se spustí chemická reakce. Jsou zastavil otevřením řetězce, jakož i, když jedna z reakčních složek spotřebuje. Breaking probíhá odstranění jedné z elektrod nebo elektrolytu.

Složení elektrochemické systémy

Zdroje proudu chemické oxidanty jsou použity jako soli s kyselinami, kyslík, kyslík, halogenidy, oxidy kovů vyšší nitrosloučeninou a t. D. redukční činidla v něm jsou kovy a jejich nižší oxidy, vodík, a uhlovodíkové sloučeniny. Jako elektrolyty použity:

1. Vodné roztoky kyseliny, hydroxidy, soli a tak dále. D.
2. Nevodné roztoky s iontovou vodivostí, získané rozpuštěním soli v organických nebo anorganických rozpouštědlech.
3. sůl taje.
4. Pevné látky se iontové mřížky, kde jedna z pohyblivých iontů.
5. Matrix elektrolyty. Toto kapalné roztoky nebo taveniny se nacházejí v pórech pevné nevodivého tělesa - elektronositelya.
6. Iontoměničových elektrolyty. Toto pevné spojení s pevnými iontových skupin stejného znaménka. Dalším znakem Jonáše, zatímco mobilní telefony. Tato vlastnost dělá vodivosti elektrolytu unipolární.

galvanické baterie

Chemické zdroje proudu sestávají z elektrochemických článků - buněk. Napětí v jedné z těchto buněk je malá - od 0,5 do 4V. V závislosti na potřebách, HIT použít galvanické baterie, která se skládá z několika sériově připojených prvků. To je někdy používán v paralelně nebo v sériově paralelní spojení několika prvků. V sériovém zapojení vždy obsahovat pouze tytéž primární články nebo baterie. Měly by mít stejné parametry jsou: elektrochemický systém, design, proces změny a velikost. Pro paralelní připojení je možné použít prvky různých velikostí.

klasifikace HIT

Chemické zdroje se liší:

• velikost;
• výstavbě;
• činidla;
• Nature energoobrazuyuschey reakce.

Tyto parametry definují výkonnost CCS vhodných pro konkrétní aplikaci.

Klasifikace elektrochemických článků na bázi rozdílů v principu provozu. V závislosti na těchto charakteristikách, rozlišovat:

1. Primární chemické zdroje - jednorázové položky. Mají určité obrázky činidla, které je spotřebováno při reakci. Po takovém plném výbojových buněk ztrácí účinnost. V dalším primárním HIT se nazývá galvanické články. Věrný bude jednoduše nazývat - prvek. Nejjednodušším příkladem primární zdroj energie - „baterie“ AA.
2. Nabíjecí chemické zdroje proudu - baterie (nazývané také 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 akumulátoru. Patří mezi ně HIT baterií mnoha elektronických zařízení (notebooky, mobilní telefony a tak dále. N.).
3. Tepelné chemické zdroje - zařízení nepřetržitého působení. Při jejich provozu je nepřetržitý tok nových šarží činidla a odstranění reakčních produktů.
4. Kombinované (polutoplivnyh) elektrochemické články mít zásobu jedné z reakčních složek. Druhé zařízení je dodáván ven. Životnost přístroje je závislá na dodávkách z prvního reaktantu. Kombinované chemické zdroje elektrického proudu se používají jako baterie, je-li tu možnost obnovit svůj náboj při průchodu proudu z externího zdroje.
5. HIT obnovitelné nabíjet mechanicky nebo chemicky. Pro ně je možné vyměnit za plné nabití strávil činidel na nové díly. To znamená, že nejsou spojité zařízení, stejně jako baterie pravidelně dobíjet.

charakteristika HIT

Hlavní vlastnosti chemických zdrojů energie patří:

1. Napětí naprázdno (OCV nebo vybíjení napětí). Tato rychlost závisí především na elektrochemického systému (kombinace redukčního činidla, oxidační činidla a elektrolytu). Také OCV ovlivnit koncentraci elektrolytů, stupeň vypouštěním, teploty a dalších. OCV závisí na hodnotě proudu protékajícího HIT.
2. Power.
3. Vybíjecí proud - v závislosti na vnějším odporu obvodu.
4. Kapacita - maximální množství elektřiny, která dává HIT, když je zcela vybitá.
5. Energetický obsah - maximum energie přijaté v plném vypouštěcího zařízení.
6. Energetických vlastností. U baterií, je v první řadě zaručena počtu nabití a vybití bez snížení kapacity napětí nebo nabíjecí (zdrojů).
7. Teplotní výkon rozsah.
8. Skladovací doba - maximální doba mezi výrobou a prvního vypouštěcího zařízení.
9. Životnost - maximální celková skladovací a pracovní život. Pro palivové články jsou důležité doby provozu s kontinuálním a přerušovaným provozem.
10. Celková energie dodaná po celou dobu životnosti.
11. Mechanická odolnost vůči vibracím, nárazům, a tak dále. N.
12. Schopnost pracovat v libovolné poloze.
13. Spolehlivost.
14. Snadná údržba.

Požadavky na HIT

Konstrukce elektrochemických článků by měla poskytnout prostředí příznivé pro co nejefektivnější reakce. Tyto podmínky zahrnují:

• zabránění úniku proudu;
• uniformě práce;
• mechanická pevnost (včetně těsnění);
• oddělování reakčních složek;
• dobrý kontakt mezi elektrodami a elektrolytem;
• vybíjecího proudu z reakční zóny k externímu výstupu s minimálními ztrátami.

Zdroje proudu chemické musí splňovat následující obecné požadavky:

• Nejvyšších hodnot specifických parametrů;
• Maximální teplotní rozsah provozuschopnosti;
• největší stres;
• minimální náklady na jednotku energie;
• napětí stability;
• účtovat zachování;
• zabezpečení;
• snadnost údržby, a v ideálním případě není třeba pro něj;
• dlouhá životnost.

provoz HIT

Hlavní výhodou primárních článků - není potřeba údržby. Předtím, než začnete používat je dostatečně kontrolovat vzhled, skladovatelnost. Po připojení je nutné dodržet polaritu a zkontrolovat integritu kontaktů zařízení. Složitější chemické zdroje - baterie, požadují vážnější péči. Účelem jejich služby - maximální prodloužení životnosti. Péče o baterie je:

• udržování čistoty;
• sledování napětí naprázdno;
• udržování hladiny elektrolytu (pro výměnu pouze destilovanou vodu lze použít);
• Kontrola koncentrace elektrolytu (přes hustoměru - jednoduché zařízení pro měření hustoty tekutin).

Při provozu elektrochemických článků, musí splňovat všechny požadavky týkající se bezpečného používání elektrických spotřebičů.

HIT Klasifikace elektrochemických systémů

Druhy chemických zdrojů proudu, v závislosti na systému:

• vést (kyselina);
• nikl-kadmium, nikl-železo, nikl, zinek;
• mangan-zinek, měď-zinek, rtuť, zinek, zinek-chlorid;
• stříbro-zinek, stříbro a kadmium;
• vzduch-kov;
• nikl-vodík a stříbro-vodík;
• manganu a hořčíku;
• lithný a t. d.

Moderní použití HIT

Zdroje proudu chemické To je v současné době používá v:

• vozidla;
• přenosná zařízení;
• vojenské a vesmírné technologie;
• vědecké přístroje;
• Lékařství (kardiostimulátory).

Známé příklady HIT v domácnosti:

• baterie (suché články);
• akumulátory přenosné domácích spotřebičů a elektroniky;
• nepřerušitelný zdroj napájení;
• autobaterie.

Zvlášť široce přijato lithiových chemické zdroje elektrické energie. To je způsobeno tím, že lithium (Li) má největší hustotu energie. Skutečnost, že se může pochlubit záporné elektrody potenciál všech ostatních kovů. Lithium-iontové baterie (LIA) před všemi ostatními hodnotami CCS a měrné energie pracovního napětí. Nyní se postupně zvládnout nové sféry - autodopravu. V budoucích vědeckých poznatků týkajících se zlepšení lithiových baterií, se bude pohybovat ve směru ultratenkých návrhů a velkých těžkých baterií.