Химические источники тока

Гальванические элементы широко используются в качестве химических источников тока. Существуют гальванические элементы, используемые на практике однократно и многократно. В последнем случае они называются аккумуляторы.

В гальваническом элементе одноразового использования после того, как реагенты (или хотя бы один из них) израсходуются полностью, напряжение на его полюсах падает ниже минимально допустимого уровня, и он становится непригодным для использования и подлежит замене.

Аккумулятор является устройством, которое используют многократно, т. е. процесс получения электрической энергии с его помощью носит циклический характер: на стадии заряда электрическая энергия превращается в химическую, на стадии разряда — химическая в электрическую. Различные типы аккумуляторов позволяют провести цикл разряд-заряд многие тысячи раз.

Аккумуляторы. В настоящее время наибольшее распространение нашли свинцовые (используются в автомобилях для запуска стартера), никель-металло-гидридные и литий-ионные аккумуляторы. Последние типы аккумуляторов в основном используются в изделиях электронной техники — переносных компьютерах, видеокамерах, фотоаппаратах и т. п.

На рисунке ниже схематически показано устройство свинцового аккумулятора. Он представляет собой сосуд, внутри которого находятся ячеистые электроды из свинца (с примесью Sb). Ячейки анода заполнены оксидом свинца(IV), а ячейки катода — металлическим свинцом. После заливания в сосуд раствора серной кислоты аккумулятор становится готовым к работе. По мере разряда на электродах (катоде и аноде) образуется сульфат свинца(П), который при последующем заряде вновь превращается в свинец (на катоде) и оксид свинца(IV) (на аноде).

Схема устройства свинцового аккумулятора
Схема устройства марганцево-цинкового гальванического элемента

 

Процессы, протекающие в процессе эксплуатации (зарядке—разрядке) свинцового аккумулятора, можно представить следующей схемой:

2PbSO4 + 2H2O ↔ PbO2 + Pb + 2H2SO4.

Максимальное напряжение, которое дает свинцовый аккумулятор, составляет 1,9 — 2,1 В. Для получения более высокого напряжения аккумуляторы соединяют последовательно в батарею.

Гальванические элементы, используемые однократно. На рисунке выше схематически показано устройство наиболее широко распространенного марганцево-цинкового гальванического элемента. Анодом служит угольный электрод, а катодом — цинк в виде стаканчика, электролитом является очень вязкий раствор хлорида аммония (NH4C1) или щелочи (КОН). Максимальное напряжение, которое может развить один марганцево-цинковый элемент, составляет около 1,5—1,6 В. Чтобы получить большее напряжение, элементы также соединяют последовательно в батареи.

В последнее время широкое распространение получили литиевые гальванические элементы, развивающие напряжение до 3,5 В на один элемент. Это достигается благодаря использованию более активных реагентов (в частности, в качестве восстановителя — металлического лития, в качестве окислителя — фторированного углерода) и заменой воды как растворителя (с которой литий реагирует) на неводные среды.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Ольга Простова/ автор статьи
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Химическая энциклопедия
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:
Нажимая на кнопку "Отправить комментарий", я даю согласие на обработку персональных данных и принимаю политику конфиденциальности.