Izvora struje, kemijske. Vrste kemijskih izvora struje i uređaja

Izvora struje , kemijske (skraćeno HIT) - adaptacija, u kojoj je energija redoks reakcije pretvara u električnu energiju. Njihova druga imena - elektrokemijske ćelije, galvanske ćelije , elektrohemijski ćelija. Princip rada je sljedeći: interakcija dva reagensa uzrokuje hemijske reakcije sa stalnom električnom strujom raspodjelu energije. U drugim strujni izvor proces za proizvodnju električne energije javlja višestepene shemu. Prvi put objavljen toplotne energije, onda se pretvara u mehaničku, a tek onda u električnu energiju. Prednost HIT - proces jedne faze, i.e. struja se dobiva direktno, zaobilazeći korake pružanja termičke i mehaničke energije.

priča

Kako je prvi strujni izvor? kemijskih izvora su pozvani galvanske ćelije nakon italijanski naučnik osamnaestog stoljeća - Luigi Galvani. On je bio liječnik, anatom, fiziolog i fizičar. Jedno od područja njegovog istraživanja bio je proučiti reakcije životinja na različite vanjske utjecaje. Metoda kemijske proizvodnje električne energije je otvoren Galvani slučajno, tijekom jednog od svojih eksperimenata na žabe. Ona je povezana sa živac u žablji bataci dva metalna ploča. Kada se to dogodilo mišićne kontrakcije. Vlastiti objašnjenje ovog fenomena Galvani bio u pravu. Ali rezultati njegovih eksperimenata i zapažanja pomogao njegov sunarodnjak Alessandro Volta u kasnijim studijama.

Volta izložio u svom radu teoriju nastanka električne struje kroz kemijske reakcije između dva metala u kontaktu sa mišićnog tkiva žabe. Prvi kemijskih strujni izvor je izgledalo kao posudu slane vode, sa pločicama uronjen u njemu cinka i bakra.

U industrijskoj razmjera CCS počeo da se proizvodi u drugoj polovini devetnaestog stoljeća, zahvaljujući Francuzu Leklanshe koji je izmislio primarni mangan-cink ćelije sa soli elektrolita, nazvan po njemu. Nakon nekoliko godina, ovo je poboljšana elektrokemijske ćelije u drugim naučnicima i to je samo osnovnu kemijske izvore električne energije prije 1940.

Dizajn i rad HIT

kemijskih izvor struje uređaj sadrži dvije elektrode (provodnika prve vrste) i intervencije elektrolita (dirigent druge vrste, ili ion dirigent). Na granici elektronskog potencijala javlja između njih. Elektroda na kojoj se smanjenje agent oksidira zove anoda, a onaj na kojem oksidansa oporavka - katoda. Zajedno sa elektrolitom, oni predstavljaju elektrokemijske sistema.

A nusprodukt reakcije redoks između elektroda je pojava električne struje. Tokom ove reakcije, smanjenje agent oksidira i oksidansa daje elektrone koja ih prihvata i zbog toga je obnovljena. Prisutnost elektrolita između katode i anode je preduslov reakcija. Ako samo mix zajedno prah od dva različita metala, bez električne pražnjenja ne dogodi, sva energija će biti objavljen kao toplota. Elektrolit je potrebno da se pojednostavi proces prijenosa elektrona. Najčešće djeluje rastvor soli ili topljenja njegovog kvaliteta.

Elektrode izgledaju kao metalne ploče ili mreže. Na svom potapanja u elektrolita nastaje električna potencijalna razlika između njih - otvorenog napona. Anoda ima tendenciju da utjecaj elektrona i katode - za njihovo usvajanje. Na njihovoj površini kemijske reakcije počinje. Zaustavili su se otvaranjem lanca, kao i kada je jedan od reaktanata troši. Breaking odvija uklanjanjem jedne od elektroda ili elektrolita.

Sastav elektrokemijske sistema

Izvora struje kemijskih oksidansa se koriste kao soli kisika kiselina, kisik, halogenidi, viši metalnih oksida nitroorganic spoj i t. D. Redukujući agensi u njoj su metali i njihovi niži oksidi, vodik, i ugljovodonika jedinjenja. Kao elektroliti koriste:

1. Vodene otopine kiselina, lužine, soli i tako dalje. D.
2. Nevodenom rješenja s ion provodljivost dobiti rastvaranjem soli u organske i neorganske otapala.
3. so topi.
4. Solid spojevi s jonskim rešetke, pri čemu je jedan od pokretnih jona.
5. Matrica elektrolita. Ova tečnost rješenja ili topi se nalaze u porama čvrste neprovodne tijelo - elektronositelya.
6. Jonoizmenjivačke elektrolita. Ova čvrsta veza sa fiksnim jonske grupe isti znak. još jedan znak Jonah dok se mobilni. Ovo svojstvo čini provodljivosti elektrolita unipolarnog.

galvanske baterije

Kemijskih izvora struje sastoji se od elektrokemijske ćelije - ćelije. Napetost u jednom od ovih ćelija je mali - od 0,5 do 4V. U zavisnosti od potreba, HIT koristiti galvanske baterije, koji se sastoji od nekoliko serijski povezanih elemenata. To se ponekad koristi paralelno ili serijski-paralelno povezivanje nekoliko elemenata. U seriji kolo uvijek sadrže samo isti primarne ćelije ili baterije. Oni bi trebali imati isti parametri su: Elektrokemijski sustav, dizajn, proces varijacije i veličine. Za paralelno povezivanje moguće koristiti elemente različitih veličina.

klasifikacija HIT

Kemijskih izvora se razlikuju u:

• veličine;
• izgradnje;
• reagensi;
• Priroda energoobrazuyuschey reakcije.

Ovi parametri definiraju performanse CCS pogodan za određenu aplikaciju.

Klasifikacija elektrokemijske ćelije na osnovu razlike u princip rada. U zavisnosti od tih karakteristika, razlikujemo:

1. Primarni kemijskih izvora - za jednokratnu upotrebu stavke. Oni imaju određenu zaliha reagense, koji se troši u reakciji. Nakon takvog potpunog pražnjenja ćelija gubi efikasnost. U drugom primarni HIT zove galvanske ćelije. Verni će ih jednostavno nazvati - element. Najjednostavniji primjer primarni izvor energije - "baterije" AA.
2. Punjive kemijskih izvora struje - baterije (naziva se sekundarna, reverzibilni HIT) su za višekratnu upotrebu elemenata. Donošenjem struja iz vanjskog kruga u obrnutom smjeru kroz baterije nakon potpunog pražnjenja proveo reaktanti su regeneriše ponovo gomilaju hemijsku energiju (puni). S obzirom na mogućnost punjenja iz vanjskog izvor konstantne struje uređaj se koristi za dugo vremena, povremeno da se napuni. Proces proizvodnje električne energije se naziva pražnjenja akumulatora. To uključuje HIT baterije od mnogih elektronskih uređaja (laptopi, mobilni telefoni i tako dalje. N.).
3. Termalne kemijskih izvora - uređaji kontinuiranog djelovanja. Tokom operacije postoji kontinuirani protok novih serija reagensa i uklanjanje reakcije proizvoda.
4. Kombinovani (polutoplivnyh) elektrokemijske ćelije imaju zalihe jednog od reaktanata. Drugi uređaj se isporučuje prema van. Život uređaja zavisi od ponude prvog reagensa. U kombinaciji kemijskih izvora električne struje se koriste kao baterije, ako postoji mogućnost vraćanja su zaduženi prolaskom struja iz spoljašnjeg izvora.
5. HIT obnovljivih puniti mehanički ili kemijski. Za njih, to je moguće zamijeniti nakon potpunog punjenja proveo reagensi na nove porcije. To jest, oni nisu kontinuirano uređaja, kao i, kao što su baterije povremeno puniti.

karakteristike HIT

Glavne karakteristike kemijskih izvora energije su:

1. Napon praznog hoda (OTV ili pražnjenje napona). Ova stopa prvenstveno zavisi od elektrokemijske sistema (kombinacija redukcijsko sredstvo, oksidacijsko sredstvo i elektrolita). Također OTV utjecati na koncentraciju elektrolita, stupanj pražnjenja, temperature i drugih. OTV ovisi o vrijednosti struja koja teče kroz HIT.
2. Power.
3. Ispuštanje struja - ovisno o vanjskoj otpor kruga.
4. Kapacitet - maksimalni iznos električne energije koji daje HIT kada se potpuno isprazni.
5. Energija sadržaja - maksimalna energija primio je u punom uređaju pražnjenja.
6. energetske karakteristike. Za baterije, to je prije svega zajamčena broj punjenja-pražnjenja bez spuštanja napona ili punjenja kapaciteta (resursa).
7. Raspon temperature performanse.
8. vrijeme čuvanja - maksimalni iznos vremena između proizvodnje i prvi uređaj pražnjenja.
9. Vijek trajanja - maksimalno ukupno skladištenje i poslovnog života. Za gorive ćelije su važni periodi usluga sa stalnim i isprekidan rad.
10. Ukupne energije isporučene za cijeli radni vijek.
11. Mehaničku čvrstoću u odnosu na vibracije, udarce, i tako dalje. N.
12. Sposobnost za rad u bilo kojoj poziciji.
13. Pouzdanost.
14. Jednostavno održavanje.

Zahtjevi za HIT

Dizajn elektrokemijske ćelije treba pružiti okruženje pogodno za najefikasniji reakcije. Ovi uslovi su:

• sprečavanja curenja struje;
• uniformi rada;
• mehanička čvrstoća (uključujući i brtvljenje);
• odvajanje reaktanata;
• dobar kontakt između elektroda i elektrolita;
• struja pražnjenja iz zone reakcije na vanjski izlaz sa minimalnim gubicima.

Izvora struje, kemijskih moraju ispunjavati sljedeće opšte uslove:

• najveće vrijednosti pojedinih parametara;
• maksimalni domet temperatura operativnosti;
• najveći stres;
• minimalni trošak za jedinicu energije;
• napon stabilnost;
• naplatiti očuvanje;
• sigurnost;
• jednostavnost održavanja, i idealno nema potrebe za to;
• dugi vijek trajanja.

operacija HIT

Glavna prednost od primarnih ćelija - nema potrebe za bilo kakvo održavanje. Prije nego što počnete da ih dovoljno koristi za provjeru izgled, rok trajanja. Kada je povezan važno je paziti na polove i provjeriti integritet kontakata uređaja. Složenijih kemijskih izvora - baterije, zahtijevaju ozbiljnije brige. Svrha njihove službe - maksimalno produženje života. Briga za baterije je:

• održavanje čistoće;
• praćenje Napon praznog hoda;
• održavanje nivoa elektrolita (za punjenje samo destilirane vode mogu se koristiti);
• Kontroli koncentracije elektrolita (preko Hidrometar - jednostavan uređaj za mjerenje tekućine gustoće).

Tokom rada elektrohemijskih ćelija je potrebno da ispuni sve zahtjeve koji se odnose na sigurno korištenje električnih aparata.

HIT Klasifikacija elektrohemijskih sistema

Vrste kemijskih izvora struje, u zavisnosti od sistema:

• dovesti (kiselina);
• nikal-kadmij, nikal-željezo, nikal-cink;
• mangan-cink, bakar-cink, živa, cink, cink-klorid;
• srebro-cink, srebro i kadmija;
• klima-metala;
• nikal-vodik i srebro-vodika;
• mangan-magnezij;
• litijum i t. d.

Moderni korištenje HIT

Izvora struje, kemijske Ona se trenutno koristi u:

• vozila;
• prenosivim uređajima;
• vojne i svemirske tehnologije;
• naučne opreme;
• Medicina (pejsmejkera).

Poznati primjeri HIT u kući:

• baterije (suho ćelija);
• baterije prijenosni kućanskih aparata i elektronike;
• neprekidno napajanje;
• akumulatora.

Posebno široko prihvaćen litijum kemijskih izvora električne energije. To je zbog činjenice da je litij (Li) ima najveću gustoću energije. Činjenica da se može pohvaliti negativan potencijal elektrode od svih drugih metala. Litij-ionske baterije (LIA) ispred svih drugih vrijednosti CCS i specifične energije radni napon. Sada su postupno ovladaju novim sfera - drumskom saobraćaju. U budućnosti naučnim dostignućima koje se odnose na poboljšanje litij baterije, će se kretati u pravcu ultratankih dizajna i velikih heavy-duty baterije.