Химические источники тока

Гальванический элемент представляет из себя емкость, заполненную электролитом с двумя электродами, сделанными их разных металлов, между которыми образуется разность потенциалов. При создании цепи между этими электродами идет электрический ток. Для поддержания разности потенциалов происходит движение ионов металлов, из которых созданы электроды.

элемент.jpg

Классический гальванический элемент Даниеля состоит из емкости, разделенной на 2 части мембранной перегородкой. В одной половине находится цинковый электрод в растворе ZnSO4 выполняющей роль электролита. Положительно заряженные ионы цинка выходят в раствор, а сам электрод заряжается отрицательно. Он называется катодом. В другой опущен медный электрод в электролите, состоящем из раствора CuSO4. Этот электрод заряжается положительно из-за того, что положительно заряженные ионы меди наоборот уходят из электролита в металл электрода.

При замыкании электродов проволокой по ней электроны потекут к медному электроду и будут восстанавливать ионы меди, которая будет оседать на электроде. В цинковом электроде наоборот ионы цинка будут уходить их электрода в электролит. Он со временем будет разрушаться.

Такая химическая реакция не может повернуть вспять. И после разрушения цинкового электрода его нельзя восстановить.

Чем гальванический элемент отличается от аккумулятора

Гальванический элемент является первичным источником тока. Катод и анод изготовлены из раз ных материалов. После разряда и разрушения катода элемент выходит из строя полностью.

img11.jpg

Аккумулятор называют вторичным источником тока потому что прежде получить электрический ток в аккумуляторе должна пройти реакция заряда под действием приложенного к электродам источника электроэнергии в устройстве происходит переход электрической энергии в химическую энергию аккумулятора. Эту операцию (заряд и разряд аккумулятора) возможно проводить много раз. Его электроды изготовлены из одинакового материала.

5927374f8d01905e473d60687fc0d177.jpg

Какие существуют батарейки

Батареей называется несколько гальванических элементов соединенных в одну цепь в едином корпусе для повышения ее ЭДС. Батарейки из гальванических элементов различается друг от друга материалами электролита и электродов.

Они бывают:

  • щелочные;
  • солевые.

Солевые имеют электролит из хлорида аммония. Электроды изготавливают из цинка (минус) и двуокись марганца (плюс). Маркируются по международной маркировке «R».

Преимущества:

  • дешевые;
  • малый вес;
  • возможность восстанавливать после разряда.

Недостатки:

  • малый рабочий ток;
  • не работает при минусовых температурах;
  • быстрый саморазряд;
  • не герметичные.

Щелочные батарейки используют в качестве электролита щелочь. В качестве электродов различные материалы.

Щелочные батарейки бывают:

  • Алкалиновые;
  • Ртутные;
  • Серебрянные;
  • Литиевые (другое название литий-ионные).

Алкалиновые имеют электролит – гидроксид калия. Электроды из марганца и цинка.

Их преимущества:

  • большая емкость;
  • герметичны;
  • малая скорость саморазряда;
  • герметичные.

Недостатки:

  • больший вес;
  • выше цена;
  • не восстанавливаются.

Маркируются по международной классификации буквами «LR».

Ртутные в качестве электролита – гидроксид калия. Электроды – цинк и оксид ртути.

Преимущества:

  • стабильное напряжение;
  • большая емкость;
  • стойкость к перепадам температур;
  • малый саморазряд.

Недостатки:

  • дорогие;
  • ядовитость и поэтому есть сложность утилизации.

Широко использовались в медтехнике, часах, электронных весах.

Серебряные: электролит – гидроксид калия или натрия. Электроды цинк и оксид серебра.

Преимущества аналогичны ртутным и плюс безопасность. Недостатком является высокая цена.

Маркируется по международной классификации буквами «SR».

Литиевые в качестве «плюса» используется литий. «Минус» —

В качестве электролита используется:

  • винилкарбонат;
  • пропиленкарбонат;
  • диэтилкарбонат.

В качестве одного электрода литий, а другой электрод бывает из:

  • углерода;
  • кобальта;
  • диоксид марганца;
  • соединений лития и фосфата железа;
  • титанатов.

Такие батареи по международной классификации маркируются буквами «CR».

Имеют преимущества:

  • легкие;
  • низкий авторазряд;
  • стабильное напряжение;
  • высокая энергоемкость.

Недостаток – дорогие.

Несмотря на высокую стоимость за свои качества эти батарейки широко используют в быту.

Как по размерам идет градация батареек можно поссмотреть на рисунке.

razmery-1.jpg

Как работает щелочной элемент

Из чертежа видно какова конструкция щелочной батареи.

sostav-i-stroenie-shhelochnoj-batarejki.jpg

«Плюсом» является стальной стакан (1) обнесенный никелем. Имеет специальное покрытие (6) изолированное от стакана.

Латунный стержень (2), окружен пастой (3) на основе цинка. За счет этой пасты увеличивается площадь взаимодействия. Здесь генерируется отрицательный потенциал.

Смесь графита, золы или сажи и диоксида марганца (5) отделяется от пасты с цинком сепаратором (4).

Минусом является диск из металла соединенный с латунным стержнем (2). Их держит специальная прокладка (6) удерживающая газы. Имеется специальная мембрана и камера (7) для поглощения газов. В случае короткого замыкания электролит начинает выделять из себя газы. При превышении давления они прорывают мембрану и электролит вырывается наружу. Батарейка выходит из строя, но взрыва не происходит.

Можно ли заряжать батарейки

В связи с тем, что отрицательный электрод в процессе работы разрушается, то вновь заряжать их бесполезно. В случае подачи большого тока (якобы для разрушения окисной пленки) возможен взрыв. На некачественных батарейках можно разрушить окисную пленку, и она сможет поработать еще, но очень недолго. Проще и безопаснее купить новую.

 

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *