Fonts de corrent químiques. Tipus de fonts de corrent químiques i dispositiu

Fonts de corrent , química (HIT abreujat) - l'adaptació, en el qual l'energia d'una reacció redox es converteix en energia elèctrica. Els seus altres noms - 01:00 electroquímica mòbils, telèfons galvànica , una cel·la electroquímica. El seu principi de funcionament és el següent: la interacció dels dos reactius provoca una reacció química amb una assignació de potència de corrent elèctric constant. En un altre procés actual de font de generació d'electricitat produeix esquema de múltiples etapes. Per primera vegada l'energia tèrmica, a continuació, es transforma en mecànica i només llavors en energia elèctrica. Advantage HIT - procés d'una sola etapa, és a dir, l'electricitat s'obté directament, sense passar per les etapes de proporcionar tèrmiques i energies mecàniques.

història

Com va sorgir la primera font de corrent? fonts químiques van ser cridats cèl·lules galvàniques després que el científic italià del segle XVIII - Luigi Galvani. Era metge, anatomista, fisiòleg i físic. Una de les àrees de la seva investigació era estudiar les reaccions dels animals a diverses influències externes. El mètode químic de producció d'electricitat s'ha obert Galvani accidentalment, durant un dels seus experiments en granotes. Està connectat a un nervi primera en les anques de granota dues plaques de metall. Quan això va succeir contracció muscular. explicació d'aquest fenomen propi de Galvani estava malament. Però els resultats dels seus experiments i observacions van ajudar al seu compatriota Alessandro Volta en estudis posteriors.

Volta va exposar en la seva obra la teoria de l'aparició del corrent elèctric a través d'una reacció química entre dos metalls en contacte amb el teixit muscular de la granota. La primera font de corrent química semblava un recipient amb salmorra, amb plaques submergits en el mateix de zinc i coure.

En el CCS a escala industrial va començar a ser produït en la segona meitat del segle XIX, gràcies a que el francès Leklanshe que van inventar les cèl·lules de manganès-zinc primari amb electròlit de sal, que porta el seu nom. Al cap d'uns anys, aquest ha estat millorada cel·la electroquímica a altres científics i és l'única font químics primaris de l'electricitat abans de 1940.

Disseny i operació HIT

dispositiu de font de corrent química inclou dos elèctrodes (conductors de la primera espècie) i l'electròlit que intervé (conductor de la segona classe, o conductor d'ions). A la frontera de potencial electrònica sorgeix entre ells. L'elèctrode en què l'agent reductor s'oxida diu l'ànode, i el que la recuperació oxidant - càtode. Juntament amb l'electròlit, que constitueixen un sistema electroquímic.

Un subproducte de la reacció redox entre els elèctrodes és l'aparició d'un corrent elèctric. Durant aquesta reacció, l'agent reductor s'oxida i l'oxidant dóna els electrons que els accepta i causa d'això es restableix. La presència de l'electròlit entre el càtode i l'ànode és una reacció requisit previ. Si simplement barrejar pólvores de dos metalls diferents, no descàrrega elèctrica no es produeix, tota l'energia s'allibera en forma de calor. Es necessita l'electròlit per agilitzar el procés de transferència d'electrons. Molt sovint actua solució de sal o de fusió de la seva qualitat.

Els elèctrodes es veuen com a placa de metall o una reixeta. En la seva immersió en electròlit sorgeix una diferència de potencial elèctric entre ells - la tensió de circuit obert. L'ànode té una tendència a impacte d'electrons i un càtode - a la seva adopció. En la seva superfície reacció química comença. Es van detenir per l'obertura de la cadena, així com quan un dels reactius consumits. Breaking es porta a terme mitjançant l'eliminació d'un dels elèctrodes o l'electròlit.

sistemes de composició electroquímics

Fonts de corrent oxidants químics es fan servir com a sals d'àcids d'oxigen, oxigen, halogenurs, òxids superiors de metall compost nitroorganic i t. D. agents estan en ell metalls i els seus òxids inferiors, hidrogen, i compostos d'hidrocarburs Reduir. Com electròlits utilitzats:

1. Les solucions aquoses d'àcids, àlcalis, sal i així successivament. D.
2. solucions no aquoses amb conductivitat iònica obtinguts per dissolució de la sal en dissolvents orgànics o inorgànics.
3. sal fon.
4. compostos sòlids amb xarxa iònica, en què un dels ions mòbils.
5. electròlits matriu. Aquest solucions líquides o masses foses es troben en els porus d'un cos no conductor sòlid - elektronositelya.
6. electròlits d'intercanvi iònic. Aquesta connexió sòlida amb els grups iònics fixes del mateix signe. un altre senyal de Jonàs mentre mòbil. Aquesta propietat fa que la conductivitat de l'electròlit unipolar.

bateria galvànica

fonts de corrent químiques consisteixen en cèl·lules electroquímiques - cèl·lules. La tensió en una d'aquestes cèl·lules és petita - de 0,5 a 4V. Depenent de les necessitats, HIT utilitzar la bateria galvànica, que consta de diversos elements connectats en sèrie. De vegades s'usa en paral·lel o en connexió en sèrie-paral·lel de diversos elements. En un circuit en sèrie sempre inclouen només les mateixes cèl·lules primàries o bateries. Han de tenir els mateixos paràmetres són: sistema electroquímic, el disseny, la variació i la mida de procés. Per a la connexió en paral·lel és possible utilitzar elements de diferents mides.

HIT classificació

fonts químiques difereixen en:

• mida;
• la construcció;
• reactius;
• reacció energoobrazuyuschey Nature.

Aquests paràmetres defineixen el rendiment dels CCS adequats per a una aplicació particular.

Classificació de les cel·les electroquímiques basades en les diferències de principi de funcionament. En funció d'aquestes característiques, es distingeixen:

1. fonts químiques primàries - articles sol ús. Tenen uns certs reactius de valors, que es consumeix en la reacció. Després d'aquesta cèl·lula de descàrrega completa perd eficiència. En un altre cop principal es diu cèl·lules galvàniques. Fidel simplement els dirà - l'element. L'exemple més simple d'una font d'energia primària - AA "Bateria".
2. fonts recarregables químics actuals - bateries (també anomenats secundari, HIT reversible) són elements reutilitzables. Fent passar un corrent des del circuit extern en la direcció inversa a través de la bateria després de reactius plens de descàrrega gastat es regeneren de nou acumulant energia química (sent carregat). A causa de la possibilitat de càrrega des d'un dispositiu de font de corrent constant extern s'utilitza durant molt de temps, de forma intermitent per recarregar. El procés de generació d'energia elèctrica es diu la descàrrega de l'acumulador. Aquests inclouen bateries afectades de molts dispositius electrònics (ordinadors portàtils, telèfons mòbils i així successivament. N.).
3. fonts químiques tèrmiques - dispositius d'acció contínua. Durant el seu funcionament hi ha un flux continu de nous lots de reactius i eliminació de productes de reacció.
4. Els (polutoplivnyh) cèl·lules electroquímiques combinats tenen un estoc d'un dels reactius. El segon dispositiu es subministra a l'exterior. La vida útil del dispositiu depèn de l'alimentació de la primera substància reaccionant. fonts químiques combinades de corrent elèctric s'utilitzen com bateries, si hi ha la possibilitat de restaurar la seva càrrega fent passar corrent des d'una font externa.
5. HIT renovable recarregar mecànicament o químicament. Per a ells, és possible reemplaçar després d'una càrrega completa passar reactius sobre noves porcions. És a dir, no són dispositius continus, així com les bateries recarregades periòdicament.

característiques HIT

Les principals característiques de les fonts d'alimentació químiques inclouen:

1. voltatge de circuit obert (OCV o una tensió de descàrrega). Aquesta taxa depèn principalment en el sistema electroquímic (combinació d'un agent reductor, l'agent oxidant i l'electròlit). També OCV afecta la concentració d'electròlits, el grau de descàrrega, temperatura i altres. OCV depèn del valor del corrent que flueix a través de la HIT.
2. El poder.
3. El corrent de descàrrega - en funció de la resistència del circuit extern.
4. Capacitat - la quantitat màxima d'energia elèctrica que dóna èxit quan es descarregui del tot.
5. El contingut d'energia - l'energia màxima rebuda en el dispositiu de descàrrega completa.
6. característiques energètiques. Per a les bateries, es garanteix principalment nombre de cicles de càrrega-descàrrega sense disminuir la capacitat de tensió o càrrega (recurs).
7. rendiment rang de temperatura.
8. Temps d'emmagatzematge - la quantitat màxima de temps entre la fabricació i el primer dispositiu de descàrrega.
9. La vida de servei - l'emmagatzematge total màxima i la vida laboral. Per a les piles de combustible són importants períodes de servei en funcionament continu i intermitent.
10. L'energia total subministrada durant tota la vida útil.
11. La resistència mecànica respecte a la vibració, el xoc, i així successivament. N.
12. Capacitat per treballar en qualsevol posició.
13. Fiabilitat.
14. Fàcil manteniment.

Requisits per HIT

El disseny de cel·les electroquímiques ha de proporcionar un entorn propici per a la reacció més eficient. Aquestes condicions inclouen:

• la prevenció de la fugida de corrent;
• treball uniforme;
• resistència mecànica (incloent segellat);
• separació dels reactius;
• un bon contacte entre els elèctrodes i electròlit;
• corrent de descàrrega de la zona de reacció a una sortida externa amb un mínim de pèrdues.

Fonts de corrent químiques han de complir els requisits generals:

• els més alts valors de paràmetres específics;
• rang de temperatura màxim d'operativitat;
• el major estrès;
• el cost mínim d'una unitat d'energia;
• Estabilitat de voltatge;
• carregar conservació;
• la seguretat;
• la facilitat de manteniment, i idealment hi ha necessitat d'ella;
• llarga vida útil.

HIT operació

El principal avantatge de les cèl·lules primàries - sense necessitat de cap tipus de manteniment. Abans de començar a utilitzar prou per comprovar l'aspecte, temps de conservació. Quan està connectat, és important observar la polaritat i comprovar la integritat dels contactes del dispositiu. Més fonts químiques complexes - bateries, exigeixen una atenció més seriosa. El propòsit del seu servei - l'extensió màxima de la vida. La cura de la bateria és:

• manteniment de la neteja;
• el control de la tensió de circuit obert;
• mantenir el nivell d'electròlit (per omplir només aigua destil · lada pot ser utilitzat);
• El control de la concentració d'electròlits (a través d'hidròmetre - dispositiu simple per mesurar la densitat del fluid).

Durant el funcionament de les cèl·lules electroquímiques de complir amb tots els requisits relacionats amb l'ús segur dels aparells elèctrics.

Classificació HIT dels sistemes electroquímics

Tipus de fonts de corrent químiques, depenent del sistema:

• conduir (àcid);
• de níquel-cadmi, níquel-ferro, níquel i zinc;
• manganès-zinc, coure-zinc, mercuri, zinc, zinc-clorur;
• de plata, zinc, plata i cadmi;
• aire-metall;
• de níquel-hidrogen i plata-hidrogen;
• manganès i magnesi;
• liti i t. d.

L'ús modern de TIP

Fonts de corrent químiques En l'actualitat s'utilitza a:

• vehicles;
• dispositius portàtils;
• La tecnologia militar i espacial;
• equip científic;
• Medicina (marcapassos).

Exemples coneguts de HIT a la llar:

• piles (cèl·lules seques);
• bateries d'aparells electrodomèstics i electrònics portàtils;
• sistema d'alimentació ininterrompuda;
• bateries de cotxe.

Especialment àmpliament adoptat fonts químiques de liti de l'electricitat. Això és a causa del fet que el liti (Li) té la més alta densitat d'energia. El fet que compta amb el negatiu potencial de l'elèctrode de tots els altres metalls. Les bateries de liti (LIA), per davant de tots els altres valors de CCS i l'energia específica de la tensió de treball. Ara dominen gradualment una nova esfera - el transport per carretera. En els futurs desenvolupaments científics relacionats amb la millora de les bateries de liti, es mourà en la direcció dels dissenys ultraprims i grans bateries de servei pesat.