Aktuelle kilder, kemikalie. Typer af kemiske strømkilder og indretning

Strømkilder , kemiske (forkortet HIT) - tilpasning, hvor energien af en redoxreaktion omdannes til elektrisk energi. Deres andre navne - en elektrokemisk celle, galvanisk celle , en elektrokemisk celle. Deres arbejdsprincip er følgende: interaktionen af de to reagenser forårsager en kemisk reaktion med en konstant elektrisk strømstyrkeallokering. I anden kilde proces genererer elektricitet strøm opstår flertrins ordning. Først udgivet termisk energi, så det omdannes til mekanisk og først derefter til elektrisk energi. Fordel HIT - ettrins proces, dvs. elektricitet opnås direkte, uden trinnene at tilvejebringe termiske og mekaniske energier.

historie

Hvordan gjorde den første aktuelle kilde? kemiske kilder blev kaldt galvaniske celler efter den italienske videnskabsmand af det attende århundrede - Luigi Galvani. Han var en læge, anatom, fysiolog og fysiker. Et af de områder af hans forskning var at studere reaktionerne fra dyr til forskellige ydre påvirkninger. Den kemiske fremgangsmåde til produktion af elektricitet er blevet åbnet Galvani uheld, under en af sine eksperimenter på frøer. Den er forbundet til en rå nerve i frølår to metalplader. Når dette skete muskelsammentrækning. Egen forklaring på dette fænomen af Galvani var forkert. Men resultaterne af hans eksperimenter og observationer hjalp sin landsmand Alessandro Volta i efterfølgende undersøgelser.

Volta udlagt i hans arbejde teorien om forekomsten af elektrisk strøm gennem en kemisk reaktion mellem to metaller i kontakt med muskelvævet af frøen. Den første kemiske strømkilde lignede en beholder med saltopløsning, med plader nedsænket deri af zink og kobber.

I industriel målestok begyndte at blive produceret i den anden halvdel af det nittende århundrede CCS, takket være franskmanden Leklanshe der opfandt de primære mangan-zink-celler med salt elektrolyt, opkaldt efter ham. Efter et par år, er dette blevet forbedret elektrokemisk celle til andre forskere og er den eneste primære kemiske kilder til elektricitet, før 1940.

Design og drift HIT

kemisk strømkilde indretning indbefatter to elektroder (ledere af den første slags) og den mellemliggende elektrolyt (leder af anden art, eller ionleder). På grænsen af elektronisk potentiale opstår mellem dem. Elektroden, hvor reduktionsmidlet oxideres kaldes anoden, og det, hvor oxidanten genopretning - katode. Sammen med elektrolytten, de udgør et elektrokemisk system.

En biprodukt af redoxreaktionen mellem elektroderne er forekomsten af en elektrisk strøm. Under denne reaktion, er reduktionsmidlet oxideres og oxidant giver elektronerne, der accepterer dem og på grund af dette er genoprettet. Tilstedeværelsen af elektrolytten mellem katoden og anoden er en forudsætning reaktion. Hvis blot blandes sammen pulvere af to forskellige metaller, ingen elektrisk udladning ikke forekommer, al energi vil blive frigivet som varme. Elektrolytten er nødvendig for at strømline processen med elektronoverførsel. Oftest virker salt opløsning eller smelte af dets kvalitet.

Elektroderne ligner metalplade eller gitter. På deres nedsænkning i elektrolyt opstår en elektrisk spændingsforskel imellem dem - tomgangsspænding. Anoden har en tendens til effekt af elektroner og en katode - på vedtagelse. På deres overflade kemisk reaktion begynder. De stoppet ved åbningen af kæden, såvel som når en af reaktanterne forbruges. Breaking sker ved fjernelse af ét af elektroderne eller elektrolyt.

Sammensætning elektrokemiske systemer

Strømkilder kemiske oxidanter anvendes som oxygen-salte, oxygen, halogenider, højere metaloxider nitroorganic forbindelse og t. D. Reduktionsmidler deri er metaller og deres nedre oxider, hydrogen og carbonhydridforbindelser. Som elektrolytter anvendt:

1. Vandige opløsninger af syrer, base, salt og så videre. D.
2. Ikke-vandige opløsninger med ionledningsevne opnås ved at opløse saltet i organiske eller uorganiske opløsningsmidler.
3. salt smelter.
4. Faste forbindelser med ionisk gitter, hvor én af de bevægelige ioner.
5. Matrix elektrolytter. Denne flydende opløsninger eller smelter er placeret i porerne i et fast ikke-ledende legeme - elektronositelya.
6. Ion-exchange elektrolytter. Denne faste forbindelse med de faste ioniske grupper af samme fortegn. endnu et tegn på Jonas mens mobil. Denne egenskab gør ledningsevne af elektrolytten unipolær.

galvanisk batteri

Kemiske strømkilder består af elektrokemiske celler - celler. Spændinger i en af disse celler er små - fra 0,5 til 4V. Afhængig af behov, HIT bruge galvanisk batteri bestående af flere serieforbundne elementer. Det er undertiden bruges parallelt eller i serie-parallel tilslutning af flere elementer. I en serie kredsløb altid kun indeholder de samme primære celler eller batterier. De bør have de samme parametre er: elektrokemisk system design, proces variation og størrelse. For parallelforbindelse er muligt at anvende elementer af forskellige størrelser.

klassificering HIT

Kemiske kilder adskiller sig i:

• størrelse;
• konstruktion;
• reagenser;
• Natur energoobrazuyuschey reaktion.

Disse parametre definerer udførelsen af CCS er egnede til en bestemt anvendelse.

Klassificering af elektrokemiske celler baseret på forskelle i virkemåde. Afhængigt af disse karakteristika, skelne:

1. Primære kemiske kilder - engangsartikler. De har en vis stamreagenser, der forbruges i reaktionen. Efter en sådan frigørende celle mister effektivitet. I en anden primær HIT kaldes galvaniske celler. Faithful vil simpelthen kalde dem - elementet. Den enkleste eksempel på en primær strømkilde - "Batteri" AA.
2. Genopladelige kemiske strømkilder - batterier (også kaldet sekundær, vendbar HIT) er genanvendelige elementer. Ved at lede en strøm fra det ydre kredsløb i den modsatte retning gennem batteriet efter frigørende brugt reaktanter regenereres igen akkumulere kemisk energi (oplades). På grund af muligheden for at opkræve fra en ekstern konstant strømkilde indretning anvendes i lang tid, intermitterende at genoplade. Processen med at generere elektrisk energi kaldes akkumulatoren udledning. Disse omfatter HIT batterier af mange elektroniske enheder (bærbare computere, mobiltelefoner og så videre. N.).
3. Termiske kemiske kilder - indretninger af fortsat handling. Under drift er der en kontinuerlig strøm af nye batcher af reagenser og fjernelse af reaktionsprodukter.
4. De kombinerede (polutoplivnyh) elektrokemiske celler har et lager af en af reaktanterne. Den anden anordning tilføres til ydersiden. Den enhedens levetid afhænger af levering af den første reaktant. Kombinerede kemiske kilder til elektrisk strøm anvendes som batterier, hvis der er mulighed for at genoprette deres ladning ved at føre strøm fra en ekstern kilde.
5. HIT vedvarende genoplades mekanisk eller kemisk. For dem, er det muligt at udskifte efter en fuld opladning brugt reagenser om nye portioner. Det vil sige, at de ikke er kontinuerlig enheder så godt, ligesom batterierne periodisk genoplades.

karakteristika HIT

De vigtigste egenskaber af kemiske strømkilder kan nævnes:

1. Tomgangsspænding (OCV eller en afladning spænding). Denne hastighed afhænger primært af elektrokemiske systemet (kombination af et reducerende middel, det oxiderende middel og elektrolytten). Også OCV påvirke elektrolytkoncentration, graden af udledning, temperatur og andre. OCV afhænger af værdien af den strøm, der løber gennem HIT.
2. Strøm.
3. Udladestrømmen - afhængig af modstanden ydre kredsløb.
4. Kapacitet - den maksimale mængde elektricitet, der giver HIT, når det er helt afladet.
5. Energiindholdet - maksimal energi modtaget fuldt udtømningsanordning.
6. Energi egenskaber. For batterier, er det først og fremmest sikret antal charge-afladninger uden at sænke spændingen eller opladningskapacitet (ressource).
7. Temperaturområde ydeevne.
8. Lagringstid - det maksimale tidsrum mellem fremstilling og første udlægningsindretningen.
9. Levetid - den maksimale samlede opbevaring og arbejdsliv. Til brændselsceller er vigtige perioder for tjeneste med kontinuerlig og intermitterende drift.
10. Den samlede energi, der leveres til hele levetid.
11. Mekanisk styrke med hensyn til vibrationer, stød, og så videre. N.
12. Evne til at arbejde i enhver position.
13. Pålidelighed.
14. Nem vedligeholdelse.

Krav til HIT

Udformningen af elektrokemiske celler bør tilvejebringe et miljø, der den mest effektive reaktion. Disse betingelser omfatter:

• forhindre lækstrøm;
• ensartet arbejde;
• mekanisk styrke (herunder forsegling);
• separation af reaktanterne;
• god kontakt mellem elektroderne og elektrolytten;
• udladestrømmen fra reaktionszonen til en ekstern udgang med minimale tab.

Aktuelle kilder, skal kemikalie opfylde følgende generelle krav:

• de højeste værdier af specifikke parametre;
• maksimal rækkevidde på operabilitet temperatur;
• den største stress;
• den minimale omkostninger ved en energienhed;
• spændingsstabilitet;
• opkræve konservering;
• sikkerhed;
• lethed af vedligeholdelse, og ideelt set ikke behov for det;
• lang levetid.

operation HIT

Den største fordel af primære celler - ikke behov for nogen vedligeholdelse. Før du begynder at bruge dem nok til at kontrollere udseendet, holdbarhed. Når den er tilsluttet er det vigtigt at overholde polaritet og kontrollere integriteten af enhedens kontakter. Mere komplekse kemiske kilder - batterier, kræver en mere alvorlig pleje. Formålet med deres tjeneste - den maksimale forlængelse af livet. Vedligeholdelse af batteriet er:

• opretholdelse af renlighed;
• overvågning af tomgangsspænding;
• opretholdelse elektrolytniveauet (til genfyldning kun destilleret vand kan anvendes);
• Kontrol af elektrolytkoncentrationen (via hydrometer - simpel anordning til måling fluiddensitet).

Under drift af elektrokemiske celler har brug for at overholde alle krav til sikker brug af elektriske apparater.

HIT Klassificering af elektrokemiske systemer

Typer af kemiske strømkilder, afhængigt af systemet:

• bly (syre);
• nikkel-cadmium, nikkel-jern, nikkel-zink;
• mangan-zink, kobber-zink, kviksølv, zink, zink-chlorid;
• sølv-zink, sølv og cadmium;
• luft-metal;
• nikkel-hydrogen og sølv-hydrogen;
• mangan-magnesium;
• lithium og t. d.

Moderne brug af HIT

Aktuelle kilder, kemiske Det er i øjeblikket anvendes i:

• køretøjer;
• bærbare enheder;
• militær og rumteknologi;
• videnskabeligt udstyr;
• Medicin (pacemakere).

Velkendte eksempler på HIT i hjemmet:

• batterier (tørre celler);
• batterier bærbare husholdningsapparater og elektronik;
• nødstrømsforsyning;
• bil batterier.

Især bredt vedtaget lithium kemiske kilder til elektricitet. Dette skyldes det faktum, at lithium (Li) har den højeste energitæthed. Det faktum, at det har den negative elektrode potentiale af alle andre metaller. Lithium-ion-batterier (LIA) foran alle andre værdier af CCS og specifik energi af arbejdsspændingen. Nu er de efterhånden mestre en ny sphere - vejtransport. I de kommende videnskabelige udvikling vedrørende forbedring af lithium-batterier, vil bevæge sig i retning af ultratynde design og store tunge batterier.