Stroombronne, chemiese. Tipes chemiese huidige bronne en toestel

Stroombronne , chemiese (verkorte HIT) - aanpassing, waarin die energie van 'n redoksreaksie word omgeskakel na elektriese energie. Hulle ander name - 'n elektrochemiese sel, galvaniese sel , 'n elektrochemiese sel. Hul werkbeginsel is die volgende: die interaksie van die twee reagense veroorsaak 'n chemiese reaksie met 'n konstante elektriese stroom krag toekenning. In ander bron proses opwekking van elektrisiteit huidige plaasvind trap skema. Eerste vrygestel hitte-energie, dan is dit in meganiese omskep en dan eers in elektriese energie. Voordeel HIT - een-stadium proses, dit wil sê die elektrisiteit direk verkry, omleiding die stappe van die verskaffing van hitte en meganiese energie.

storie

Hoe het die eerste stroombron? chemiese bronne geroep galvaniese selle na die Italiaanse wetenskaplike van die agtiende eeu - Luigi Galvani. Hy was 'n dokter, anatomis, fisioloog en fisikus. Een van die gebiede van sy navorsing was om die reaksies van diere aan verskeie eksterne invloede bestudeer. Die chemiese metode van die vervaardiging van elektrisiteit is geopen Galvani ongeluk, tydens een van sy eksperimente op paddas. Dit is gekoppel aan 'n rou senuwee in die padda bene twee metaalplate. Wanneer dit gebeur spiersametrekking. Eie verduideliking van hierdie verskynsel van Galvani was verkeerd. Maar die resultate van sy eksperimente en waarnemings gehelp sy landgenoot Alessandro Volta in daaropvolgende studies.

Volta uiteengesit in sy werk die teorie van die voorkoms van elektriese stroom deur 'n chemiese reaksie tussen twee metale in kontak met die spierweefsel van die padda. Die eerste chemiese stroombron lyk soos 'n houer met pekel, met plate gedompel daarin sink en koper.

In die industriële-skaal begin CCS word geproduseer in die tweede helfte van die negentiende eeu, te danke aan die Fransman Leklanshe wat die primêre mangaan-sink selle met sout elektroliet, wat na hom vernoem uitgevind. Na 'n paar jaar, het hierdie is verbeter elektrochemiese sel na ander wetenskaplikes en is die enigste primêre chemiese bronne van elektrisiteit voor 1940.

Ontwerp en werking HIT

chemiese stroombron toestel sluit twee elektrodes (dirigente van die eerste soort) en die gryp elektroliet (dirigent van die tweede soort, of ioon dirigent). Op die grens van elektroniese potensiaal ontstaan tussen hulle. Die elektrode waarop die reduseermiddel geoksideer bekend as die anode, en die een waarteen die oksidant herstel - katode. Saam met die elektroliet, vorm hulle 'n elektrochemiese stelsel.

'N byproduk van die redoksreaksie tussen die elektrodes is die voorkoms van 'n elektriese stroom. Tydens hierdie reaksie word die reduseermiddel geoksideer en oksidant gee die elektrone wat hulle aanvaar en as gevolg van hierdie herstel. Die teenwoordigheid van die elektroliet tussen die katode en die anode is 'n voorvereiste reaksie. As net speserye van twee verskillende metale meng, geen elektriese ontlading nie plaasvind nie, al energie vrygestel sal word as hitte. Die elektroliet is nodig om die proses van elektronoordrag meer vaartbelyn te maak. tree meestal soutoplossing of smelt van die kwaliteit daarvan.

Die elektrodes lyk metaalplaat of rooster. Op hul onderdompeling in elektroliet ontstaan 'n elektriese potensiaalverskil tussen hulle - die oop kring spanning. Die anode het 'n neiging om die impak van elektrone en 'n katode - om hul aanvaarding. Op hul oppervlak begin chemiese reaksie. Hulle het gestop deur die opening van die ketting, sowel as wanneer 'n mens van die reaktante verteer. Breaking vind plaas deur die verwydering van een van die elektrodes of elektroliet.

Samestelling elektrochemiese stelsels

Stroombronne chemiese oksidante gebruik as suurstof suur soute, suurstof, haliede, hoër metaaloksiede nitroorganic saamgestelde en t. D. Reduseermiddels daarin is metale en hul laer oksiede, waterstof, en koolwaterstofverbindings. As elektroliete gebruik:

1. Waterige oplossings van sure, alkali, sout en so aan. D.
2. Nonaqueous oplossings met ioon geleiding verkry deur die ontbinding van die sout in organiese of anorganiese oplosmiddels.
3. sout smelt.
4. Soliede verbindings met ioniese rooster, waarin een van die roerende ione.
5. Matrix elektroliete. Hierdie vloeibare oplossings of smelt is geleë in die porieë van 'n soliede nie-geleidende liggaam - elektronositelya.
6. Ione elektroliete. Hierdie vaste verbinding met die vaste ioniese groepe van dieselfde teken. nog 'n teken van Jona, terwyl selfoon. Hierdie eiendom maak die geleiding van die elektroliet unipolêre.

galvaniese battery

Chemiese huidige bronne bestaan uit elektrochemiese selle - selle. Spanning in een van die selle is klein - van 0,5 tot 4V. Afhangende van die behoeftes, HIT gebruik galvaniese battery, wat bestaan uit verskeie serie verbind elemente. Dit word soms gebruik in parallel of in 'n reeks-parallel koppeling van verskeie elemente. In 'n seriekring altyd sluit slegs dieselfde primêre selle of batterye. Hulle moet dieselfde parameters is: elektrochemiese stelsel, ontwerp, proses variasie en grootte. Vir die parallel verband is moontlik om elemente van verskillende groottes gebruik.

klassifikasie HIT

Chemiese bronne verskil in:

• grootte;
• konstruksie;
• reagense;
• Aard energoobrazuyuschey reaksie.

Hierdie parameters definieer die prestasie van die CCS geskik vir 'n spesifieke toepassing.

Klassifikasie van elektrochemiese selle wat gebaseer is op verskille in beginsel van die operasie. Afhangende van hierdie kenmerke, onderskei:

1. Primêre chemiese bronne - besteebare items. Hulle het 'n sekere voorraad reagense, wat in die reaksie verbruik. Na so 'n volledige ontslag sel verloor doeltreffendheid. In 'n ander primêre HIT genoem galvaniese selle. Getrou sal hulle net noem - die element. Die eenvoudigste voorbeeld van 'n primêre bron van krag - "Battery" AA.
2. Herlaaibare chemiese huidige bronne - batterye (ook bekend as sekondêre, omkeerbare HIT) is herbruikbare elemente. Deur 'n stroom van die eksterne stroombaan in die teenoorgestelde rigting deur die battery na volle ontslag spandeer reaktante weergebore weer opbou chemiese energie (aangekla). As gevolg van die moontlikheid van 'n laai van 'n eksterne konstante stroombron toestel gebruik word vir 'n lang tyd, met tussenposes om te herlaai. Die proses vir die opwekking van elektriese energie is bekend as die akkumulator ontslag. Dit sluit in HIT batterye van baie elektroniese toestelle (skootrekenaars, selfone en so aan. N.).
3. Termiese chemiese bronne - toestelle van deurlopende aksie. Tydens hul operasie is daar 'n deurlopende vloei van nuwe groepe van reagense en verwydering van reaksieprodukte.
4. Die gekombineerde (polutoplivnyh) elektrochemiese selle het 'n voorraad van een van die reagense. Die tweede toestel word aan die buitekant. Die lewe van die toestel is afhanklik van die aanbod van die eerste reaktant. Gekombineer chemiese bronne van elektriese stroom gebruik word as batterye, as daar is die moontlikheid van die herstel van hul klag deur 'stroom van 'n eksterne bron.
5. HIT hernubare meganies of chemies herlaai. Vir hulle is dit moontlik om te vervang ná 'n volle lading reagense op nuwe gedeeltes spandeer. Dit wil sê, hulle is nie deurlopende toestelle, asook, soos die batterye gereeld herlaai.

eienskappe HIT

Die belangrikste kenmerke van chemiese kragbronne, sluit in:

1. Oop kring spanning (OCV of 'n afvuur spanning). Hierdie koers in die eerste plek hang af van die elektrochemiese stelsel (kombinasie van 'n reduseermiddel, die oksideermiddel en die elektroliet). Ook OCV beïnvloed elektroliet konsentrasie, graad van ontslag, temperatuur en ander. OCV, hang af van die waarde van die stroom deur die tref.
2. Krag.
3. Die ontslag huidige - afhangende van die eksterne stroombaan weerstand.
4. Kapasiteit - die maksimum hoeveelheid elektrisiteit wat HIT gee wanneer dit heeltemal ontslaan.
5. Die energie-inhoud - maksimum energie ontvang ten volle ontslag toestel.
6. Energie eienskappe. Vir batterye, is dit in die eerste plek gewaarborg aantal charge-ontslag siklusse sonder die verlaging van die spanning of beheer kapasiteit (hulpbron).
7. Temperatuurbereik prestasie.
8. Stoor tyd - die maksimum bedrag van die tyd tussen die vervaardiging en die eerste ontslag toestel.
9. Diens lewe - die maksimum totale stoor en werk lewe. Vir brandstofselle is belangrik tydperke van diens met deurlopende en intermitterende operasie.
10. Die totale energie gelewer vir die hele diens lewe.
11. Meganiese sterkte met betrekking tot vibrasie, skok, en so aan. N.
12. Vermoë om te werk in 'n posisie.
13. Betroubaarheid.
14. Maklik onderhoud.

Vereistes vir HIT

Die ontwerp van elektrochemiese selle moet 'n omgewing wat bevorderlik is vir die mees doeltreffende reaksie te voorsien. Hierdie toestande sluit in:

• voorkoming huidige lekkasie;
• uniform werk;
• meganiese sterkte (insluitend verseëling);
• skeiding van die reaktante;
• goeie kontak tussen die elektrodes en elektroliet;
• ontslag huidige uit die reaksie sone na 'n eksterne uitset met minimum verliese.

Stroombronne, moet chemiese voldoen aan die volgende algemene vereistes:

• die hoogste waardes van spesifieke parameters;
• maksimum temperatuur van gemak;
• die grootste stres;
• die minimum koste van 'n eenheid van energie;
• spanning stabiliteit;
• hef behoud;
• sekuriteit;
• gemak van onderhoud en ideaal nie nodig vir dit;
• lang lewe.

operasie HIT

Die grootste voordeel van primêre selle - geen behoefte aan enige onderhoud. Voordat jy begin met behulp van hulle genoeg om die voorkoms, raklewe te gaan. Wanneer verbind, is dit belangrik om die polariteit waar te neem en maak seker die integriteit van die kontakte toestel. Meer komplekse chemiese bronne - batterye, eis 'n meer ernstige sorg. Die doel van hul diens - die maksimum verlenging van die lewe. Die versorging van die battery is:

• instandhouding van skoonheid;
• monitering van die oop kring spanning;
• die handhawing van die elektroliet vlak (vir hervul net gedistilleerde water gebruik kan word);
• Beheer van die elektroliet konsentrasie (via hidrometer - eenvoudige toestel vir die meet vloeistof digtheid).

Tydens die operasie van elektrochemiese selle nodig om te voldoen aan al die vereistes met betrekking tot die veilige gebruik van elektriese toestelle.

HIT Klassifikasie van elektrochemiese stelsels

Tipes chemiese huidige bronne, na gelang van die stelsel:

• lei (suur);
• nikkel-kadmium, nikkel-yster, nikkel-sink;
• mangaan-sink, koper-sink, kwik, sink, sink-chloried;
• silwer-sink, silwer en kadmium;
• lug-metaal;
• nikkel-waterstof en silwer-waterstof;
• mangaan-magnesium;
• litium en t. d.

Moderne gebruik van HIT

Stroombronne, chemiese Dit word tans gebruik in:

• voertuie;
• draagbare toestelle;
• militêre en ruimte tegnologie;
• wetenskaplike toerusting;
• Medisyne (pasaangeërs).

Bekende voorbeelde van HIT in die huis:

• batterye (droë selle);
• batterye draagbare huis toestelle en elektronika;
• nood voeding;
• motorbatterye.

Veral wyd litium chemiese bronne van elektrisiteit aangeneem. Dit is te wyte aan die feit dat litium (Li) het die hoogste energie-digtheid. Die feit dat dit spog met die negatiewe elektrode potensiaal van alle ander metale. Litium-ion batterye (LIA) voor al die ander waardes van CCS en spesifieke energie van die werkende spanning. Nou is dit geleidelik te bemeester 'n nuwe gebied - pad vervoer. In die toekoms wetenskaplike ontwikkelings met betrekking tot die verbetering van litium batterye sal beweeg in die rigting van ultradun ontwerpe en groot swaar batterye.