|
|
ЭЛЕКТРОХИМИЯ_Лекция. Электрохимия
Химические источники тока
Химические источники тока (электрохимические генераторы, ЭХГ) преобразуют энергию химической реакции в электрическую. Реакция протекает с потреблением активных материалов внутри элемента. Когда такие материалы расходуются полностью, ЭХГ теряет способность давать электрический ток. Химические источники тока делятся на первичные и вторичные. Первичные источники не перезаряжаются, т.е. израсходованные активные материалы в них не могут быть регенерированы или заменены, и батарею электропитания приходится выбрасывать. Вторичная (аккумуляторная) батарея может быть перезаряжена. Израсходованные активные материалы в ней могут быть регенерированы, и такая батарея электропитания допускает многократное повторное использование. Топливный элемент (см. ниже) теоретически имеет неограниченный срок службы, поскольку в нем пополняется израсходованный активный материал (топливо), а продукты реакции выводятся.
До Второй мировой войны первичные ЭХГ использовались обычно в тех случаях, когда требовались источники тока малой мощности, а вторичные – при большой потребляемой мощности. В настоящее время в распоряжении конструктора переносного электрооборудования имеется широкий спектр первичных и вторичных источников тока.
Во всяком ЭХГ имеются два электрода (положительный и отрицательный) и химическое вещество, называемое электролитом, в которое погружены эти электроды. В ЭХГ с наливными элементами используется жидкий электролит, а в т. н. сухих ЭХГ – пастообразный. В ЭХГ обоих типов должно быть достаточно жидкости для протекания химической реакции.
Первичные ЭХГ Стаканчиковые элементы.
Стаканчиковые элементы, название которых говорит об их конструкции, применяются главным образом в карманных фонарях и радиоприемниках.
Сухой элемент Лекланше.
Большинство первичных ЭХГ, выпускаемых в настоящее время промышленностью, относятся к сухим батареям электропитания. Около 25% сухих батарей выполнены на основе марганцово-цинкового элемента Лекланше – одного из первых наливных элементов. В сухом элементе Лекланше имеется графитовый положительный электрод, окруженный электролитом в виде смеси диоксида марганца, графитового порошка, хлорида аммония, хлорида цинка и воды. Эта смесь служит также деполяризующим агентом, предотвращающим образование газообразного водорода внутри элемента. Если не предотвратить образование водорода, то под давлением газа батарейка раздувается, в результате чего нарушается ее герметичность и из нее вытекает электролит. Электролит и графитовый электрод находятся в тонкостенном цинковом стаканчике, который, выполняя функции защитного корпуса, служит также отрицательным электродом батарейки.
В элементе Лекланше электричество вырабатывается за счет химического взаимодействия электролита с цинковым электродом. При подключении к зажимам батарейки внешней нагрузки, скажем лампочки карманного фонарика, через лампочку начинает проходить ток от цинкового электрода к графитовому. Ток не прекращается, пока не растворится почти весь цинк. После этого батарейка теряет работоспособность, и ее необходимо заменить.
Щелочной марганцово-цинковый сухой элемент.
Щелочной марганцово-цинковый сухой элемент отличается от сухого элемента Лекланше главным образом тем, что в нем в качестве электролита используется высокоактивная щелочь КОН (гидроксид калия, едкое кали). В щелочном элементе примерно вдвое больше активных веществ, чем в элементе Лекланше, и он очень подходит для многих устройств со сравнительно большой потребляемой мощностью, таких, как лампы-вспышки фотоаппаратов, вращательные электроприводы и мощные стереофонические звуковые системы. Щелочные элементы применяются примерно в 50% бытовой электронной аппаратуры.
Цинкхлоридный сухой элемент.
Цинкхлоридные батарейки в настоящее время примерно на 25% удовлетворяют потребность в источниках тока для жестких и сверхжестких условий эксплуатации. Они имеют такие же характеристики, как и у элементов Лекланше, но их емкость на
40% больше. Кроме того, вероятность протечки в них намного меньше. По рабочим характеристикам и стоимости цинкхлоридные батарейки мало отличаются от щелочных и очень хорошо подходят для ламп-вспышек и радиоприемников.
Кнопочные батарейки.
В связи с большим спросом на миниатюрные источники тока были разработаны кнопочные (таблеточные) ЭХГ. Диаметр такой батарейки составляет 6–25 мм, толщина – от 1,5 до 12 мм. Срок службы кнопочных батареек нередко больше, чем у обычных стаканчиковых.
|
|
|
Скачать 334 Kb.