Sumber semasa, kimia. Jenis sumber semasa kimia dan peranti

sumber semasa , kimia (HIT singkatan) - penyesuaian, di mana tenaga tindak balas redoks ditukarkan kepada tenaga elektrik. nama-nama lain mereka - satu elektrokimia sel, sel galvani , sel elektrokimia. prinsip operasi mereka adalah seperti berikut: interaksi dua reagen menyebabkan tindak balas kimia dengan peruntukan kuasa arus elektrik yang berterusan. Dalam lain semasa proses sumber penjanaan elektrik berlaku skim berbilang. Pertama kali dikeluarkan tenaga haba, kemudian ia berubah menjadi mekanikal dan hanya kemudian menjadi tenaga elektrik. Advantage HIT - proses satu peringkat, iaitu elektrik diperolehi secara langsung, tanpa melalui langkah-langkah untuk menyediakan haba dan tenaga mekanikal.

cerita

Bagaimanakah sumber semasa yang pertama? sumber kimia dipanggil sel-sel galvani selepas saintis Itali abad kelapan belas - Luigi Galvani. Beliau adalah seorang pakar perubatan, anatomi, fisiologi dan fizik. Salah satu bidang kajian beliau adalah untuk mengkaji tindak balas haiwan kepada pelbagai pengaruh luar. Kaedah kimia menghasilkan elektrik telah dibuka Galvani sengaja, dalam satu eksperimen beliau pada katak. Ia bersambung ke saraf mentah di kaki katak dua plat logam. Apabila ini berlaku penguncupan otot. penjelasan sendiri fenomena ini Galvani adalah salah. Tetapi keputusan eksperimen dan pemerhatian beliau membantu rakan senegaranya, Alessandro Volta dalam kajian seterusnya.

Volta dijelaskan dalam karyanya teori kejadian arus elektrik melalui tindak balas kimia antara dua logam dalam hubungan dengan tisu otot katak. Sumber semasa kimia pertama kelihatan seperti bekas dengan air garam, dengan plat tenggelam di dalamnya zink dan tembaga.

Dalam skala industri CCS mula dihasilkan pada separuh kedua abad kesembilan belas, terima kasih kepada pemain Perancis Leklanshe yang mencipta sel-sel mangan-zink utama dengan elektrolit garam, dinamakan sempena nama beliau. Selepas beberapa tahun, ini telah bertambah baik sel elektrokimia saintis lain dan merupakan satu-satunya sumber kimia utama elektrik sebelum 1940.

Reka bentuk dan operasi HIT

kimia peranti sumber semasa termasuk dua elektrod (konduktor dari jenis yang pertama) dan elektrolit berselang (konduktor dari jenis yang kedua, atau konduktor ion). Di sempadan berpotensi elektronik timbul di antara mereka. Elektrod di mana ejen mengurangkan dioksidakan dipanggil anod, dan satu di mana pemulihan oksida - katod. Bersama-sama dengan elektrolit, mereka merupakan sistem elektrokimia.

Satu hasil sampingan tindak balas redoks antara elektrod adalah berlakunya arus elektrik. Semasa tindak balas ini, ejen mengurangkan dioksidakan dan oksida memberikan elektron yang menerima mereka dan kerana ini dipulihkan. Kehadiran elektrolit antara katod dan anod adalah reaksi pra-syarat. Jika hanya kacau serbuk daripada dua logam yang berbeza, tiada pelepasan elektrik tidak berlaku, semua tenaga akan dibebaskan sebagai haba. elektrolit yang diperlukan untuk menyelaraskan proses pemindahan elektron. Selalunya bertindak penyelesaian garam atau mencairkan kualiti sekolah.

Elektrod kelihatan seperti plat logam atau grid. Pada keasyikan mereka dalam elektrolit timbul perbezaan yang berpotensi elektrik antara mereka - voltan litar terbuka. anod mempunyai kecenderungan untuk kesan elektron dan katod - untuk penerimaan mereka. Pada permukaan mereka tindak balas kimia bermula. Mereka berhenti dengan pembukaan rantai, dan juga apabila salah satu daripada bahan tindak balas yang digunakan. Breaking berlaku dengan penyingkiran salah satu elektrod atau elektrolit.

sistem komposisi elektrokimia

sumber semasa oksidan kimia digunakan sebagai garam asid oksigen, oksigen, halida, oksida logam yang lebih tinggi kompaun nitroorganic dan t. D. Mengurangkan ejen di dalamnya adalah logam dan oksida yang lebih rendah, hidrogen, dan sebatian hidrokarbon. Sebagai elektrolit yang digunakan:

1. penyelesaian akueus asid, alkali, garam dan sebagainya. D.
2. penyelesaian Nonaqueous dengan kekonduksian ion diperolehi dengan melarutkan garam dalam pelarut organik atau bukan organik.
3. garam cair.
4. sebatian pepejal dengan kekisi ionik, di mana salah satu ion alih.
5. elektrolit Matrix. Ini penyelesaian cecair atau cair terletak dalam liang-liang badan bukan konduktif yang kukuh - elektronositelya.
6. elektrolit pertukaran ion. Ini sambungan pepejal dengan kumpulan ionik tetap tanda yang sama. satu lagi tanda Yunus manakala mudah alih. Hartanah ini menjadikan kekonduksian unipolar elektrolit.

bateri galvani

sumber semasa kimia terdiri daripada sel-sel elektrokimia - sel-sel. Ketegangan dalam salah satu daripada sel-sel ini adalah kecil - dari 0.5 hingga 4V. Bergantung kepada keperluan, HIT menggunakan bateri galvani, yang terdiri daripada beberapa elemen bersiri disambungkan. Ia kadang-kadang digunakan secara selari atau berkaitan siri-selari beberapa elemen. Dalam litar bersiri sentiasa termasuk hanya sel-sel utama sama atau bateri. Mereka harus mempunyai parameter yang sama adalah: sistem elektrokimia, reka bentuk, perubahan proses dan saiz. Untuk sambungan selari adalah mungkin untuk menggunakan unsur-unsur yang berlainan saiz.

klasifikasi HIT

sumber kimia berbeza dari segi:

• saiz;
• pembinaan;
• reagen;
• Nature energoobrazuyuschey tindak balas.

Parameter ini menentukan prestasi CCS sesuai untuk aplikasi tertentu.

Klasifikasi sel elektrokimia berdasarkan perbezaan dalam prinsip operasi. Bergantung kepada ciri-ciri ini, membezakan:

1. sumber kimia utama - barangan pakai buang. Mereka mempunyai reagen saham tertentu, yang digunakan dalam tindak balas. Selepas sel pelepasan penuh seperti kehilangan kecekapan. Dalam satu lagi HIT utama dipanggil sel-sel galvani. Setia hanya akan memanggil mereka - unsur. Contoh yang paling mudah daripada sumber kuasa utama - "bateri" AA.
2. Boleh dicas semula sumber kimia semasa - bateri (juga dipanggil menengah, HIT balik) adalah unsur-unsur yang boleh digunakan semula. Dengan melepaskan semasa dari litar luar ke arah yang terbalik melalui bateri selepas keluar menghabiskan penuh bahan tindak balas yang dijana semula lagi terkumpul tenaga kimia (didakwa). Oleh kerana kemungkinan pengecasan dari pemalar peranti sumber semasa luaran digunakan untuk masa yang lama, sebentar-sebentar untuk menenangkan fikiran. Proses menjana tenaga elektrik dipanggil pelepasan penumpuk. Ini termasuk bateri HIT banyak peranti elektronik (komputer riba, telefon bimbit dan sebagainya. N.).
3. sumber kimia haba - peranti tindakan berterusan. Semasa operasi mereka terdapat aliran berterusan kelompok baru reagen dan penyingkiran hasil tindak balas.
4. The (polutoplivnyh) sel-sel elektrokimia digabungkan mempunyai stok salah satu daripada bahan tindak balas. Peranti kedua dibekalkan ke luar. Hayat peranti bergantung kepada bekalan bahan tindak balas yang pertama. sumber kimia gabungan arus elektrik digunakan sebagai bateri, jika terdapat kemungkinan mengembalikan jagaan mereka dengan melepaskan semasa dari sumber luar.
5. HIT diperbaharui semula secara mekanikal atau kimia. Bagi mereka, ia adalah mungkin untuk menggantikan selepas cas penuh dibelanjakan reagen pada bahagian baru. Iaitu, mereka tidak peranti berterusan juga, seperti bateri berkala dicaj semula.

ciri-ciri HIT

Ciri-ciri utama sumber tenaga kimia termasuk:

1. voltan terbuka litar (OCV atau voltan menunaikan). Kadar ini banyak bergantung kepada sistem elektrokimia (gabungan agen penurunan, agen pengoksidaan dan elektrolit). Juga OCV menjejaskan kepekatan elektrolit, tahap pelepasan, suhu dan lain-lain. OCV bergantung kepada nilai arus yang mengalir melalui HIT.
2. Kuasa.
3. Menunaikan semasa - bergantung kepada rintangan litar luar.
4. Kapasiti - jumlah maksimum elektrik yang memberikan HIT apabila ia sama sekali dilepaskan.
5. Kandungan tenaga - tenaga maksimum yang diterima dalam peranti pelepasan penuh.
6. Ciri-ciri tenaga. Untuk bateri, ia adalah terutamanya dijamin beberapa kitaran bertanggungjawab melaksanakan tanpa menurunkan kapasiti voltan atau pertuduhan itu (sumber).
7. prestasi suhu.
8. masa penyimpanan - jumlah maksimum masa antara pembuatan dan peranti pelepasan pertama.
9. hayat perkhidmatan - jumlah simpanan maksimum dan kehidupan kerja. Untuk bahan api sel-sel adalah tempoh penting dalam perkhidmatan dengan operasi yang berterusan dan terputus-putus.
10. Jumlah tenaga yang dihantar untuk keseluruhan hayat perkhidmatan.
11. kekuatan mekanikal berkenaan dengan getaran, kejutan, dan sebagainya. N.
12. Keupayaan untuk bekerja dalam mana-mana kedudukan.
13. Kebolehpercayaan.
14. penyelenggaraan mudah.

Syarat-syarat untuk HIT

Reka bentuk sel-sel elektrokimia perlu menyediakan persekitaran yang kondusif untuk tindak balas yang paling berkesan. Syarat-syarat ini termasuk:

• mencegah kebocoran semasa;
• kerja seragam;
• kekuatan mekanikal (termasuk kedap);
• pemisahan bahan tindak balas;
• hubungan yang baik antara elektrod dan elektrolit;
• menunaikan semasa dari zon tindak balas kepada output luar dengan kerugian minimum.

sumber semasa, kimia mesti memenuhi keperluan am yang berikut:

• nilai tertinggi parameter tertentu;
• julat suhu maksimum operability;
• tekanan yang paling besar;
• kos minimum unit tenaga;
• voltan kestabilan;
• mengenakan pemeliharaan;
• keselamatan;
• memudahkan penyelenggaraan, dan ideal tidak perlu untuk itu;
• hayat perkhidmatan yang panjang.

HIT operasi

Kelebihan utama sel utama - tidak perlu untuk sebarang penyelenggaraan. Sebelum anda mula menggunakan mereka mendapat sesuatu untuk memeriksa penampilan, rak-hidup. Apabila disambungkan ia adalah penting untuk memerhatikan kekutuban dan memeriksa integriti kenalan peranti. Lebih sumber kimia yang kompleks - Bateri, menuntut penjagaan yang lebih serius. Tujuan perkhidmatan mereka - sambungan maksimum kehidupan. Menjaga bateri ialah:

• penyelenggaraan kebersihan;
• memantau voltan litar terbuka;
• mengekalkan tahap elektrolit (untuk mengisi semula hanya air suling boleh digunakan);
• Kawalan kepekatan elektrolit (melalui hidrometer - Peranti mudah untuk mengukur ketumpatan cecair).

Semasa operasi sel elektrokimia perlu mematuhi semua keperluan yang berkaitan dengan penggunaan yang selamat bagi peralatan elektrik.

HIT Klasifikasi sistem elektrokimia

Jenis sumber semasa kimia, bergantung kepada sistem:

• membawa (asid);
• nikel-kadmium, nikel-besi, nikel-zink;
• mangan-zink, tembaga-zink, merkuri, zink, zink klorida;
• perak-zink, perak dan kadmium;
• berhawa logam;
• nikel-hidrogen dan perak-hidrogen;
• mangan-magnesium;
• litium dan t. d.

penggunaan moden HIT

sumber semasa, kimia Ia kini digunakan dalam:

• kenderaan;
• peranti mudah alih;
• tentera dan ruang teknologi;
• peralatan saintifik;
• Perubatan (perentak jantung).

contoh biasa HIT di rumah:

• bateri (sel kering);
• bateri peralatan rumah mudah alih dan elektronik;
• bekalan kuasa tidak terganggu;
• bateri kereta.

Terutamanya digunakan secara meluas sumber kimia litium elektrik. Ini adalah disebabkan oleh hakikat bahawa litium (Li) mempunyai ketumpatan tenaga yang paling tinggi. Hakikat bahawa ia mempunyai negatif keupayaan elektrod semua logam lain. Bateri lithium-ion (LIA) mendahului semua nilai-nilai lain CCS dan tenaga tertentu voltan kerja. Kini mereka secara beransur-ansur menguasai bidang baru - pengangkutan jalan. Dalam perkembangan saintifik masa depan yang berkaitan dengan peningkatan bateri litium, akan bergerak ke arah reka bentuk ultrathin dan Bateri tugas berat besar.