Bronnen van de huidige chemische. Types van chemische stroombronnen en inrichting

Bronnen van de huidige chemische (afgekort HIT) - aanpassing, waarbij de energie van een redoxreactie wordt omgezet in elektrische energie. Hun andere namen - een elektrochemische cel, galvanische cel , een elektrochemische cel. Hun werkingsprincipe is als volgt: de interactie van de twee reagentia veroorzaakt een chemische reactie met een constante elektrische stroom vermogensallocatie. In andere bron werkwijze elektriciteit genererende stroom optreedt meertraps regeling. Eerst afgegeven thermische energie, dan in mechanische getransformeerd en pas daarna in elektrische energie. Voordeel HIT - eentrapswerkwijze, d.w.z. de stroom wordt direct verkregen, het omzeilen van de stappen van het verschaffen van thermische en mechanische energie.

verhaal

Hoe heeft de eerste stroombron? chemische bronnen werden genoemd galvanische cellen naar de Italiaanse wetenschapper van de achttiende eeuw - Luigi Galvani. Hij was een arts, anatoom, fysioloog en fysicus. Een van de gebieden van zijn onderzoek was om de reacties van de dieren om de verschillende invloeden van buitenaf te bestuderen. De chemische methode voor het produceren van elektriciteit is geopend Galvani ongeluk, tijdens een van zijn experimenten op kikkers. Is verbonden met een zenuw in de kikkerbillen twee metalen platen. Toen dit gebeurde spiersamentrekking. Eigen verklaring voor dit fenomeen van Galvani was verkeerd. Maar de resultaten van zijn experimenten en observaties hielp zijn landgenoot Alessandro Volta in latere studies.

Volta uiteengezet in zijn werk de theorie van optreden van elektrische stroom door een chemische reactie tussen twee metalen in contact met het spierweefsel van de kikker. De eerste chemische stroombron leek een houder met zoutoplossing, met daarin ondergedompelde platen van zink en koper.

In de industriële schaal begon CCS wordt in de tweede helft van de negentiende eeuw, dankzij de Fransman Leklanshe die primaire mangaan-zink-cellen met zoutelektrolyt, naar hem genoemd uitgevonden. Na een paar jaar, heeft deze verbeterd elektrochemische cel aan andere wetenschappers en is de enige primaire chemische bronnen van elektriciteit voor 1940.

Ontwerp en gebruik HIT

chemische stroombron inrichting twee elektroden (geleiders van de eerste soort) en de tussenliggende elektrolyt (geleider van de tweede soort, of ionengeleider). Op de grens van de elektronische mogelijke ontstaat tussen hen. De elektrode waarop het reductiemiddel wordt geoxideerd genoemd anode en degene waarbij het oxidatiemiddel herstel - kathode. Samen met de elektrolyt, vormen ze een elektrochemisch systeem.

Een bijproduct van de redoxreactie tussen de elektroden is het optreden van een elektrische stroom. Tijdens deze reactie wordt het reductiemiddel en oxidatiemiddel geoxideerd geeft de elektronen die ze ontvangen en hierdoor wordt hersteld. De aanwezigheid van het elektrolyt tussen de kathode en de anode is een vereiste reactie. Als alleen poeders van twee verschillende metalen door elkaar, geen elektrische ontlading treedt niet alle energie vrij als warmte. De elektrolyt is noodzakelijk om het proces van elektronoverdracht stroomlijnen. fungeert Meestal zoutoplossing of smelt van de kwaliteit ervan.

De elektroden zijn de metalen plaat of rooster. Op hun onderdompeling in elektrolyt ontstaat een elektrisch potentiaalverschil tussen hen - de nullastspanning. De anode heeft de neiging om de impact van elektronen en een kathode - deze worden goedgekeurd. Op hun oppervlak begint chemische reactie. Zij stopten bij het openen van de keten, en wanneer één van de reactanten verbruikt. Verbreken geschiedt door verwijdering van één van de elektroden of elektrolyt.

Samenstelling elektrochemische systemen

Bronnen van de huidige chemische oxidatiemiddelen worden toegepast als zuurstof zuurzouten, zuurstof, halogeniden, hogere metaaloxiden nitroorganic verbinding en t. D. Reductiemiddelen daarin metalen en hun lagere oxides, waterstof en koolwaterstofverbindingen. Als elektrolyten gebruikt:

1. Waterige oplossingen van zuren, alkali, zout enz. D.
2. Waterige oplossingen met ionen geleidbaarheid verkregen door oplossen van het zout in organische of anorganische oplosmiddelen.
3. zoutsmelten.
4. Vaste verbindingen met ionogene rooster, waarbij een van de beweegbare ionen.
5. Matrix elektrolyten. Deze vloeibare oplossingen of smelten worden in de poriën van een vaste niet-geleidende body - elektronositelya.
6. Ionenwisselingsproces elektrolyten. Deze vaste verbinding met het vaste ionische groepen van hetzelfde teken. een ander teken van Jona, terwijl mobiel. Deze eigenschap maakt het geleidingsvermogen van de elektrolyt unipolaire.

galvanische batterij

Chemische stroombronnen omvatten elektrochemische cellen - cellen. Spanning in een van deze cellen is klein - 0,5 tot 4V. Afhankelijk van de behoeften, HIT gebruik galvanische batterij, bestaande uit een aantal in serie geschakelde elementen. Het wordt soms gebruikt in parallel of serie-parallelle aansluiting van meerdere elementen. In een serieschakeling steeds slechts de dezelfde primaire cellen of batterijen. Zij moeten hebben dezelfde parameters zijn: elektrochemisch systeem, ontwerp, proces variatie en grootte. Voor de parallelle verbinding mogelijk elementen van verschillende afmetingen te gebruiken.

indeling HIT

Chemische bronnen verschillen in:

• grootte;
• constructie;
• reagentia;
• Nature energoobrazuyuschey reactie.

Deze parameters bepalen de prestaties van de CCS geschikt voor een bepaalde toepassing.

Classificatie van elektrochemische cellen op basis van verschillen in principe van de werking. Afhankelijk van deze kenmerken te onderscheiden:

1. Primaire chemische bronnen - wegwerpartikelen. Ze hebben een zekere voorraad reagentia die bij de reactie wordt verbruikt. Na een dergelijke volledige ontladingscel verliest efficiency. In een andere primaire HIT heet galvanische cellen. Faithful zal ze gewoon bellen - het element. Het eenvoudigste voorbeeld van een primaire energiebron - "Battery" AA.
2. Oplaadbare chemische stroombronnen - batterijen (ook wel secundaire, omkeerbaar HIT) zijn herbruikbare elementen. Door een stroom van de uitwendige schakeling in omgekeerde richting door de batterij na volledige ontlading verbruikte reactanten worden geregenereerd weer accumuleren chemische energie (opgeladen). Vanwege de mogelijkheid van het laden van een externe constante stroombron inrichting wordt gebruikt voor een lange tijd intermitterend te laden. Het proces van het opwekken van elektrische energie wordt de accumulator ontlading. Deze omvatten HIT batterijen van veel elektronische apparaten (laptops, mobiele telefoons en ga zo maar door. N.).
3. Thermal chemische bronnen - apparaten van voortdurende actie. Tijdens de bediening er een continue stroom van nieuwe batches reagentia en verwijdering van de reactieprodukten.
4. De gecombineerde (polutoplivnyh) elektrochemische cellen een voorraad van een van de reactanten. De tweede inrichting wordt toegevoerd aan de buitenzijde. De levensduur van het apparaat is afhankelijk van de levering van de eerste reactant. Gecombineerde chemische bronnen van elektrische stroom worden toegepast als batterijen, indien de mogelijkheid van herstel van hun lading door het passeren van stroom van een externe bron.
5. HIT hernieuwbare mechanisch of chemisch opgeladen. Voor hen is het mogelijk om te vervangen na een volledige lading reagentia op nieuwe delen uitgegeven. Dat wil zeggen, ze zijn niet continu apparaten ook, net als de batterijen periodiek opgeladen.

kenmerken HIT

De voornaamste kenmerken van chemische stroombronnen zijn onder andere:

1. Nullastspanning (OCV of ontlaadspanning). Dit tarief voornamelijk afhankelijk van de elektrochemische systeem (combinatie van een reduceermiddel, het oxidatiemiddel en de elektrolyt). Ook OCV invloed elektrolytconcentratie, mate van ontlading, temperatuur en andere. OCV afhankelijk van de waarde van de stroom die door de HIT.
2. Vermogen.
3. De ontlaadstroom - afhankelijk van het externe circuit weerstand.
4. Capaciteit - de maximale hoeveelheid elektriciteit die HIT geeft wanneer het helemaal leeg is.
5. Het energiegehalte - maximale energie volledig ontvangen afvoerinrichting.
6. Energy kenmerken. Voor batterijen wordt vooral gewaarborgd aantal laad-ontlaadcycli zonder verlaging van de spanning of laadcapaciteit (bron).
7. Temperatuurbereik prestaties.
8. Bewaartijd - de maximale tijd tussen vervaardiging en de eerste afvoerinrichting.
9. Levensduur - de maximale totale opslagruimte en werk. Voor brandstofcellen zijn belangrijke periodes van de dienst met een continue en onderbroken werking.
10. De totale energie geleverd voor de gehele levensduur.
11. Mechanische sterkte met betrekking tot trillingen, schokken, enzovoort. N.
12. Vermogen om te werken in elke positie.
13. Betrouwbaarheid.
14. Eenvoudig onderhoud.

Vereisten voor HIT

Het ontwerp van de elektrochemische cellen moeten een klimaat dat bevorderlijk is voor de meest efficiënte reactie te bieden. Deze voorwaarden zijn:

• voorkomen lekstroom;
• uniform werk;
• mechanische sterkte (inclusief verzegeling);
• scheiding van de reagentia;
• goed contact tussen de elektroden en elektrolyt;
• ontlaadstroom uit de reactiezone naar een externe uitgang met minimale verliezen.

Bronnen van de huidige moeten chemische voldoen aan de volgende algemene eisen voldoen:

• de hoogste waarden van bepaalde parameters;
• maximale temperatuurtraject van werkzaamheid;
• de grootste spanning;
• de minimale kosten van een energie-eenheid;
• spanningsstabiliteit;
• aanrekenen behoud;
• veiligheid;
• gemak van onderhoud, en idealiter geen behoefte aan;
• lange levensduur.

operatie HIT

Het belangrijkste voordeel van primaire cellen - geen behoefte aan een onderhoud. Voordat u ze niet genoeg om het uiterlijk, houdbaarheid te controleren. Aangesloten is het belangrijk om de polariteit en de integriteit van de inrichtingscontacten. Meer complexe chemische bronnen - batterijen, eisen een meer serieuze zorg. Het doel van hun dienstverlening - de maximale verlenging van de levensduur. De zorg voor de batterij:

• onderhoud van hygiëne;
• bewaken van de nullastspanning;
• handhaven van het vloeistofniveau (voor het bijvullen alleen gedestilleerd water kan worden toegepast);
• Controle van de elektrolytconcentratie (via hydrometer - eenvoudig apparaat voor het meten vloeistofdichtheid).

Tijdens de werking van elektrochemische cellen nodig hebben om te voldoen aan alle eisen met betrekking tot het veilig gebruik van elektrische apparaten.

HIT Classificatie van elektrochemische systemen

Types van chemische stroombronnen, afhankelijk van het systeem:

• lood (zuur);
• nikkel-cadmium, nikkel-ijzer, nikkel en zink;
• mangaan-zink, koper-zink, kwik, zink, zink-chloride;
• zilver zink, zilver en cadmium;
• air-metaal;
• Ni-MH en zilver waterstof;
• mangaan-magnesium;
• lithium en t. d.

Modern gebruik van HIT

Bronnen van de huidige chemische Het wordt momenteel gebruikt in:

• voertuigen;
• draagbare apparaten;
• militaire en ruimtetechnologie;
• wetenschappelijke apparatuur;
• Medicine (pacemakers).

Bekende voorbeelden van HIT in de woning:

• batterijen (droge cellen);
• Batterijen draagbare huishoudelijke apparaten en elektronica;
• noodstroomvoorziening;
• auto-accu's.

Vooral op grote schaal lithium chemische bronnen van elektriciteit goedgekeurd. Dit komt door het feit dat lithium (Li) de hoogste energiedichtheid. Het feit dat het beschikt over de negatieve elektrodepotentiaal van andere metalen. Lithium-ion batterijen (LIA) vóór alle andere waarden van CCS en de specifieke energie van de werkspanning. Nu ze geleidelijk onder de knie een nieuwe sfeer - het wegvervoer. In de toekomstige wetenschappelijke ontwikkelingen met betrekking tot de verbetering van de lithium-batterijen, zal bewegen in de richting van ultradunne design en grote zware batterijen.