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Fonti di corrente chimici. Tipi di sorgenti di corrente chimici e dispositivo

Fonti di corrente chimici (HIT abbreviato) – adattamento, in cui l'energia di una reazione redox viene convertita in energia elettrica. I loro altri nomi – un elettrochimico cellulari, cella galvanica , una cella elettrochimica. Il loro principio di funzionamento è il seguente: l'interazione dei due reagenti provoca una reazione chimica con un'allocazione della potenza corrente elettrica costante. In altre attuale processo di sorgente di generazione elettrica avviene schema multistadio. Uscito energia termica, allora è trasformata in meccanica e solo allora in energia elettrica. Vantaggio HIT – processo una fase, cioè l'elettricità è ottenuta direttamente, bypassando le fasi di fornire termici ed energie meccaniche.

storia

Come ha fatto il primo generatore di corrente? fonti chimiche sono stati chiamati celle galvaniche dopo lo scienziato italiano del Settecento – Luigi Galvani. Era un medico, anatomista, fisiologo e fisico. Una delle aree della sua ricerca è stato quello di studiare le reazioni degli animali a varie influenze esterne. Il metodo chimico di produzione di energia elettrica è stato aperto Galvani accidentalmente, durante uno dei suoi esperimenti sulle rane. È collegato ad un nervo nelle gambe rana due piastre di metallo. Quando questo è accaduto contrazione muscolare. Proprio spiegazione di questo fenomeno di Galvani era sbagliato. Ma i risultati dei suoi esperimenti e osservazioni hanno aiutato il suo connazionale Alessandro Volta in studi successivi.

Volta esposto nel suo lavoro teoria della presenza di corrente elettrica attraverso una reazione chimica tra due metalli a contatto con il tessuto muscolare della rana. La prima sorgente di corrente chimica sembrava un contenitore con salamoia, con piastre immerse in esso di zinco e rame.

Nella scala industriale CCS cominciato ad essere prodotto nella seconda metà del XIX secolo, grazie al francese Leklanshe che hanno inventato le cellule manganese-zinco primari con elettrolito sale, il suo nome. Dopo alcuni anni, questo è stato migliorato cella elettrochimica ad altri scienziati ed è l'unico fonti chimiche primarie di energia elettrica prima del 1940.

Progettazione e funzionamento HIT

dispositivo generatore di corrente chimico comprende due elettrodi (conduttori del primo tipo) e l'elettrolita intermedio (conduttore del secondo tipo, o conduttore di ioni). Sul confine di potenziale elettronico nasce tra loro. L'elettrodo su cui l'agente riducente è ossidato chiamato anodo, e quello in cui il recupero ossidante – catodo. Insieme con l'elettrolita, costituiscono un sistema elettrochimico.

Un sottoprodotto della reazione redox tra gli elettrodi è la presenza di una corrente elettrica. Durante questa reazione, l'agente riducente è ossidato e ossidante dà gli elettroni che li accetta e per questo viene ripristinato. La presenza dell'elettrolita tra il catodo e l'anodo è una reazione prerequisito. Se solo mescolare polveri di due metalli diversi, non scarica elettrica non si verifica, tutta l'energia sarà rilasciato come calore. L'elettrolito è necessaria per ottimizzare il processo di trasferimento degli elettroni. Il più delle volte agisce soluzione salina o di fusione della sua qualità.

Gli elettrodi assomigliano piastra metallica o griglia. A loro immersione in elettrolita nasce una differenza di potenziale elettrico tra loro – la tensione a circuito aperto. L'anodo ha la tendenza a impatto di elettroni e un catodo – della loro adozione. Sulla loro superficie di reazione chimica inizia. Essi fermati dalla apertura della catena, così come quando uno dei reagenti consumati. Rottura avviene con asportazione di uno degli elettrodi o elettrolito.

Sistemi composizione elettrochimici

Fonti di corrente ossidanti chimici vengono usati come sali dell'acido ossigeno, ossigeno, alogenuri, ossidi metallici superiori composto nitroorganic e t. D. agenti sono in esso metalli e ossidi inferiori, idrogeno e composti idrocarburici Riduzione. Come elettroliti utilizzati:

  1. Le soluzioni acquose di acidi, alcali, sale e così via. D.
  2. Le soluzioni acquose con conduttività ionica ottenuta sciogliendo il sale in solventi organici o inorganici.
  3. sale si scioglie.
  4. composti solidi con reticolo di ioni, in cui uno degli ioni mobili.
  5. elettroliti Matrix. Questa soluzione liquidi o fusi sono situati nei pori di un corpo non conduttivo solido – elektronositelya.
  6. elettroliti a scambio ionico. Questo collegamento solido con i gruppi ionici fissi dello stesso segno. un altro segno di Giona durante gli spostamenti. Questa struttura rende la conduttività della unipolare elettrolita.

batteria galvanica

generatori di corrente chimici costituiti da celle elettrochimiche – cellule. La tensione in una di queste cellule è piccolo – da 0,5 a 4V. A seconda delle esigenze, HIT utilizzare batteria galvanica, costituito da vari elementi collegati in serie. A volte è usato in parallelo o in serie-parallelo di più elementi. In un circuito in serie comprende sempre solo le stesse pile o batterie. Essi dovrebbero avere gli stessi parametri sono: sistema elettrochimico, la progettazione, la variazione di processo e dimensione. Per il collegamento in parallelo è possibile utilizzare elementi di dimensioni diverse.

classificazione HIT

fonti chimiche si differenziano per:

  • dimensioni;
  • la costruzione;
  • reagenti;
  • Natura reazione energoobrazuyuschey.

Questi parametri definiscono le prestazioni del CCS adatti per una particolare applicazione.

Classificazione delle celle elettrochimiche basato su differenze di principio di funzionamento. A seconda di queste caratteristiche, distinguere:

  1. fonti chimiche primarie – articoli usa e getta. Hanno un certo reagenti di borsa, che viene consumato nella reazione. Dopo tale cella di scarico completo perde efficienza. In un altro HIT primario è chiamato celle galvaniche. Fedele sarà semplicemente li chiamano – l'elemento. L'esempio più semplice di una fonte di energia primaria – "Batteria" AA.
  2. Ricaricabili fonti chimici correnti – batterie (chiamato anche secondario, HIT reversibile) sono elementi riutilizzabili. Facendo passare una corrente dal circuito esterno nella direzione inversa attraverso la batteria dopo scarico trascorso reagenti completi vengono rigenerate nuovamente accumulando energia chimica (fase di carica). Grazie alla possibilità di ricarica da un dispositivo sorgente di corrente costante esterna viene utilizzata per un lungo periodo, in modo intermittente per ricaricare. Il processo di generazione di energia elettrica è chiamato lo scarico accumulatore. Questi includono batterie HIT di molti dispositivi elettronici (computer portatili, telefoni cellulari e così via. N.).
  3. fonti chimiche Termico – dispositivi di azione continua. Durante il loro funzionamento v'è un flusso continuo di nuovi lotti di reagenti e la rimozione dei prodotti di reazione.
  4. I combinati (polutoplivnyh) celle elettrochimiche hanno uno stock di uno dei reagenti. Il secondo dispositivo è fornito all'esterno. La durata del dispositivo dipende dalla fornitura del primo reagente. fonti chimiche combinate di corrente elettrica sono usati come batterie, se v'è la possibilità di ripristinare la loro carica facendo passare corrente da una sorgente esterna.
  5. HIT rinnovabile ricaricata meccanicamente o chimicamente. Per loro, è possibile sostituire dopo una carica completa trascorso reagenti su nuove porzioni. Cioè, essi non sono dispositivi continui pure, come le batterie periodicamente ricaricate.

caratteristiche HIT

Le caratteristiche principali di fonti di energia chimici includono:

  1. tensione a circuito aperto (OCV o una tensione di scarica). Questo tasso dipende principalmente dal sistema elettrochimico (combinazione di un agente riducente, l'agente ossidante e l'elettrolita). Anche OCV influisce concentrazione di elettroliti, grado di scarico, temperatura e altri. OCV dipende dal valore della corrente che fluisce attraverso la HIT.
  2. Potenza.
  3. La corrente di scarica – a seconda della resistenza del circuito esterno.
  4. Capacità – la quantità massima di energia elettrica che dà HIT quando è completamente scarica.
  5. Il contenuto energetico – massima energia ricevuta nel dispositivo di scarica completa.
  6. caratteristiche energetiche. Per le batterie, esso è principalmente garantita numero di cicli di carica-scarica senza ridurre la capacità di tensione o di carica (risorsa).
  7. prestazioni Campo di temperatura.
  8. tempo di conservazione – la massima quantità di tempo tra la fabbricazione e il primo dispositivo di scarica.
  9. Durata di vita – il massimo di conservazione totale e vita lavorativa. Per celle a combustibile sono importanti periodi di servizio con funzionamento continuo o intermittente.
  10. L'energia totale fornita per l'intera durata di vita.
  11. resistenza meccanica rispetto a vibrazioni, urti, e così via. N.
  12. Capacità di lavorare in qualsiasi posizione.
  13. Affidabilità.
  14. Facile manutenzione.

Requisiti per HIT

La progettazione di celle elettrochimiche dovrebbe fornire un ambiente favorevole per la reazione più efficiente. Queste condizioni includono:

  • evitando perdite di corrente;
  • lavoro uniforme;
  • resistenza meccanica (compresi tenuta);
  • separazione dei reagenti;
  • buon contatto tra gli elettrodi e elettrolita;
  • corrente di scarica dalla zona di reazione ad un'uscita esterna con perdite minime.

Fonti di corrente chimici devono soddisfare i seguenti requisiti generali:

  • i valori più elevati di parametri specifici;
  • portata massima temperatura di operabilità;
  • il più grande sforzo;
  • il costo minimo di un'unità di energia;
  • stabilità della tensione;
  • carica conservazione;
  • sicurezza;
  • facilità di manutenzione, e idealmente senza bisogno di esso;
  • lunga durata.

HIT Funzionamento

Il vantaggio principale di pile – non necessita di alcuna manutenzione. Prima di iniziare a utilizzarle abbastanza per controllare l'aspetto, shelf-life. Quando collegato è importante osservare la polarità e verificare l'integrità dei contatti del dispositivo. Più fonti chimiche complesse – batterie, chiedono una più seria attenzione. Lo scopo del loro servizio – l'estensione massima della vita. Manutenzione della batteria è:

  • mantenimento della pulizia;
  • monitorare la tensione di circuito aperto;
  • mantenendo il livello dell'elettrolito (per il riempimento solo acqua distillata può essere utilizzato);
  • Controllo della concentrazione di elettroliti (tramite densimetro – semplice dispositivo per la misurazione della densità del fluido).

Durante il funzionamento delle celle elettrochimiche devono soddisfare tutti i requisiti relativi alla sicurezza nell'uso di apparecchi elettrici.

HIT Classificazione dei sistemi elettrochimici

Tipi di sorgenti di corrente chimici, a seconda del sistema:

  • piombo (acido);
  • nichel-cadmio, nichel-ferro, nichel-zinco;
  • manganese-zinco, rame-zinco, mercurio, zinco, zinco-cloruro;
  • argento-zinco, argento e cadmio;
  • air-metallo;
  • nichel-idrogeno e argento-idrogeno;
  • manganese-magnesio;
  • litio e t. d.

uso moderno di HIT

Fonti di corrente chimici Esso è attualmente utilizzato in:

  • veicoli;
  • dispositivi portatili;
  • militare e spaziale della tecnologia;
  • apparecchiature scientifiche;
  • Medicina (pacemaker).

esempi familiari di HIT in casa:

  • batterie (pile a secco);
  • batterie elettrodomestici portatili e di elettronica;
  • alimentazione;
  • batterie per auto.

Soprattutto ampiamente adottato fonti chimiche litio di elettricità. Ciò è dovuto al fatto che il litio (Li) ha la più alta densità di energia. Il fatto che si vanta il negativo potenziale di elettrodo di tutti gli altri metalli. Le batterie al litio (LIA) davanti a tutti gli altri valori di CCS e energia specifica della tensione di lavoro. Ora gradualmente padroneggiare una nuova sfera – trasporto su strada. Nei futuri sviluppi scientifici relativi al miglioramento delle batterie al litio, si muoverà in direzione del design ultrasottili e grandi batterie pesanti.