Galvaaniset elementit. Tyypit ja laite. Työ ja ominaisuudet. Galvaaniset kennot ja akut - laite, toimintaperiaate, tyypit Mitä koskee galvaaniset akut - energian varastointilaitteet

Edellytykset galvaanisten kennojen syntymiselle. Hieman historiaa. Vuonna 1786 italialainen lääketieteen professori, fysiologi Luigi Aloisio Galvani löysi mielenkiintoisen ilmiön: juuri avatun sammakon ruumiin takajalkojen lihakset, jotka ripustettiin kuparikoukkuihin, supistuivat, kun tiedemies kosketti niitä teräsveitsellä. Galvani päätteli heti, että tämä oli "eläinsähkön" ilmentymä.

Galvanin kuoleman jälkeen hänen aikalaisensa Alessandro Volta, joka on kemisti ja fyysikko, kuvaisi ja esitteli julkisesti realistisemman mekanismin sähkövirran tuottamiseksi, kun eri metallit joutuvat kosketuksiin.

Volta tulee kokeiden sarjan jälkeen yksiselitteiseen johtopäätökseen, että virta näkyy piirissä, koska siinä on kaksi eri metallia olevaa johdinta, jotka on sijoitettu nesteeseen, eikä tämä ole ollenkaan "eläinsähköä", kuten Galvani ajatteli. Sammakon jalkojen nykiminen oli seurausta eri metallien (kuparikoukut ja teräsveitsen) kosketuksesta syntyneen virran vaikutuksesta.

Volta näyttää samat ilmiöt, joita Galvani osoitti kuolleella sammakolla, mutta täysin elottomalla kotitekoisella elektrometrillä, ja antaa vuonna 1800 tarkan selityksen virran esiintymiselle: "toisen luokan (neste) johdin on keskellä ja on kosketuksissa kahden ensimmäisen luokan johtimen kanssa kahdesta eri metallista... Seurauksena on, että sähkövirta syntyy suuntaan tai toiseen."

Yhdessä ensimmäisistä kokeistaan ​​Volta kastoi kaksi levyä - sinkkiä ja kuparia - happopurkkiin ja liitti ne langalla. Tämän jälkeen sinkkilevy alkoi liueta ja kupariteräkselle ilmestyi kaasukuplia. Volta ehdotti ja osoitti, että sähkövirta kulkee johdon läpi.

Näin keksittiin "Volta-elementti" - ensimmäinen galvaaninen kenno. Mukavuussyistä Volta antoi sille pystysuoran sylinterin (pylvään) muodon, joka koostuu yhteenliitetyistä sinkin, kuparin ja kankaan renkaista, jotka on liotettu hapolla. Puoli metriä korkea voltaattipylväs loi jännitteen, joka oli herkkä ihmisille.

Koska tutkimuksen aloitti Luigi Galvani, nimi säilytti hänen muistonsa nimessään.

Galvaaninen kenno on kemiallinen sähkövirran lähde, joka perustuu kahden metallin ja/tai niiden oksidien vuorovaikutukseen elektrolyytissä, mikä johtaa sähkövirran esiintymiseen suljetussa piirissä. Siten galvaanisissa kennoissa kemiallinen energia muunnetaan sähköenergiaksi.

Galvaaniset kennot tänään

Galvaanisia kennoja kutsutaan nykyään akuiksi. Kolmen tyyppisiä paristoja käytetään laajalti: suola (kuiva), alkaliparisto (niitä kutsutaan myös alkaliseksi, "alkali" käännettynä englannista "alkaliksi") ja litium. Niiden toimintaperiaate on sama kuin Voltan vuonna 1800 kuvaama: kaksi metallia ja sähkövirta syntyy ulkoisessa suljetussa piirissä.

Akun jännite riippuu sekä käytetyistä metalleista että "akun" elementtien lukumäärästä. Paristot, toisin kuin akut, eivät pysty palauttamaan ominaisuuksiaan, koska ne muuttavat suoraan kemiallisen energian eli pariston muodostavien reagenssien (pelkistysaine ja hapetin) energian sähköenergiaksi.

Akun sisältämät reagenssit kuluvat sen toiminnan aikana ja virta pienenee vähitellen, joten lähteen vaikutus loppuu, kun reagenssit ovat reagoineet täydellisesti.

Alkali- ja suolakennoja (paristoja) käytetään laajalti useiden erilaisten virtalähteenä elektroniset laitteet, radiolaitteet, lelut ja litium löytyvät useimmiten kannettavista lääkinnällisistä laitteista, kuten glukometrit, tai digitaalisista laitteista, kuten kameroista.

Mangaani-sinkkikennot, joita kutsutaan suolaparistoiksi, ovat "kuivia" galvaanisia kennoja, jotka eivät sisällä nestemäistä elektrolyyttiliuosta.

Sinkkielektrodi (+) on lasin muotoinen katodi ja anodi on mangaanidioksidin ja grafiitin jauhemainen seos. Virta kulkee grafiittitangon läpi. Elektrolyytti on ammoniumkloridiliuosta koostuva tahna, johon on lisätty tärkkelystä tai jauhoja sen sakeuttamiseksi niin, ettei mikään valu.

Tyypillisesti paristojen valmistajat eivät ilmoita tarkkaa suolakennojen koostumusta, mutta suolaparistot ovat halvimmat, niitä käytetään yleensä laitteissa, joissa virrankulutus on erittäin alhainen: kelloissa, kaukosäätimissä kaukosäädin, elektronisissa lämpömittareissa jne.

Käsitettä "nimelliskapasiteetti" käytetään harvoin kuvaamaan sinkki-mangaaniparistoja, koska niiden kapasiteetti riippuu suuresti toimintatavoista ja olosuhteista. Näiden elementtien tärkeimmät haitat ovat merkittävä jännitteen alenemisnopeus koko purkauksen ajan ja toimitetun kapasiteetin merkittävä lasku purkausvirran kasvaessa. Lopullinen purkausjännite asetetaan kuormituksen mukaan alueella 0,7-1,0 V.

Tärkeää ei ole vain purkausvirran suuruus, vaan myös kuormituksen aikataulu. Jaksottaisella purkauksella suurilla ja keskisuurilla virroilla akkujen suorituskyky paranee huomattavasti jatkuvaan käyttöön verrattuna. Pienillä purkausvirroilla ja kuukausien mittaisilla käyttökatkoilla niiden kapasiteetti voi kuitenkin laskea itsepurkauksen seurauksena.

Yllä oleva kaavio näyttää keskimääräisen suolapariston purkauskäyrät 4, 10, 20 ja 40 tunnin ajalta vertailua varten alkaliparistoihin, joista noin puhumme Edelleen.

Alkaliparisto on mangaani-sinkki-voltainen akku, joka käyttää mangaanidioksidia katodina, jauhettua sinkkiä anodina ja alkaliliuosta, yleensä kaliumhydroksidipastan muodossa, elektrolyyttinä.

Näillä akuilla on useita etuja (erityisesti huomattavasti suurempi kapasiteetti, paras työ matalissa lämpötiloissa ja suurilla kuormitusvirroilla).

Alkaliparistot voivat tuottaa enemmän virtaa suolaakkuihin verrattuna pidemmän aikaa. Suurempi virta tulee mahdolliseksi, koska sinkkiä ei käytetä tässä lasin muodossa, vaan jauheen muodossa, jolla on suurempi kosketuspinta-ala elektrolyytin kanssa. Kaliumhydroksidia tahnan muodossa käytetään elektrolyyttinä.

Tämän tyyppisten galvaanisten kennojen kyvyn ansiosta tuottaa merkittävää virtaa (jopa 1 A) pitkään, alkaliparistot ovat nykyään yleisimpiä.

Kaikki sähkölelut, kannettavat lääketieteelliset laitteet, elektroniset laitteet ja kamerat käyttävät alkaliparistoja. Ne kestävät 1,5 kertaa pidempään kuin suolaiset, jos purkaus on alhainen. Kaavio näyttää purkauskäyrät eri virroilla vertailua varten suolaparistoon (kaavio näytettiin yllä) 4, 10, 20 ja 40 tunnin ajalta.

Litium akut

Toinen melko yleinen voltaic-kennotyyppi on litiumparistot - yksittäiset ei-ladattavat voltaic-kennot, jotka käyttävät litiumia tai sen yhdisteitä anodina. Alkalimetallin käytön ansiosta niillä on suuri potentiaaliero.

Litiumkennon katodi ja elektrolyytti voivat olla hyvin erilaisia, joten termi "litiumkenno" yhdistää ryhmän kennoja, joissa on sama anodimateriaali. Katodina voidaan käyttää esimerkiksi mangaanidioksidia, hiilimonofluoridia, pyriittiä, tionyylikloridia jne.

Litiumparistot eroavat muista akuista pitkän käyttöiän ja korkeiden kustannusten suhteen. Valitusta koosta ja käytetyistä kemikaaleista riippuen litiumparisto voi tuottaa jännitteitä 1,5 V (yhteensopiva alkaliparistojen kanssa) - 3,7 V.

Näillä akuilla on suurin kapasiteetti painoyksikköä kohden ja pitkä käyttöikä. Litiumkennoja käytetään laajalti nykyaikaisissa kannettavissa elektronisissa laitteissa: kellojen tehostamiseen emolevyt tietokoneet kannettavien lääketieteellisten laitteiden, rannekellojen, laskimien, valokuvauslaitteiden jne.

Yllä oleva kaavio näyttää purkauskäyrät kahdelle litiumakulle kahdelta suositulta valmistajalta. Alkuvirta oli 120 mA (noin 24 ohmin vastusta kohti).

Kyzyl, TSU

ABSTRAKTI

Aihe: "Galvaaniset kennot. Akut."

Kokoonpano: Spiridonova V.A.

I vuosi, IV gr., FMF

Tarkastettu: Kendivan O.D.

2001

I. Johdanto

II. Galvaaniset virtalähteet

1. Galvaanisten kennojen tyypit

III. Paristot

1. Hapan

2. Alkalinen

3. Suljettu nikkelikadmium

4. Suljettu

5. DRYFIT-teknologian akut

JOHDANTO

Kemialliset virtalähteet (CHS) useiden vuosien ajan

astui lujasti elämäämme. Jokapäiväisessä elämässä kuluttaja harvoin kiinnittää huomiota

huomiota eroihin käytettyjen HIT:ien välillä. Hänelle se on akut ja

paristot. Niitä käytetään tyypillisesti laitteissa, kuten

taskulamput, lelut, radiot tai autot.

Siinä tapauksessa, että virrankulutus on suhteellinen

on suuri (10Ah), akkuja käytetään, pääasiassa happamia,

sekä nikkeli-rauta ja nikkeli-kadmium. Niitä käytetään mm

kannettavat tietokoneet (kannettava tietokone, kannettava tietokone, kämmentietokone), puettavat laitteet

tietoliikenne, hätävalaistus jne.

Viime vuosina tällaisia ​​akkuja on käytetty laajalti

varavirtalähteet tietokoneille ja sähkömekaanisille

järjestelmät, jotka varastoivat energiaa mahdollisia huippukuormia varten

ja elintärkeiden järjestelmien hätävirtalähde.

GALVAANISET VIRTALÄHTEET

Kertakäyttöiset galvaaniset virtalähteet

ovat yhtenäinen kontti, jossa

sisältää aktiivisen materiaalin absorboimaa elektrolyyttiä

erotin ja elektrodit (anodi ja katodi), minkä vuoksi niitä kutsutaan

kuivat elementit. Tätä termiä käytetään suhteessa

kaikki kennot, jotka eivät sisällä nestemäistä elektrolyyttiä. Tavalliseen

Kuivat elementit sisältävät hiili-sinkkielementtejä.

Kuivakennoja käytetään pienille virroille ja ajoittaisille virroille

toimintatilat. Siksi tällaisia ​​​​elementtejä käytetään laajasti

puhelimet, lelut, hälytysjärjestelmät jne.

Minkä tahansa galvaanisen kennon toiminta perustuu redox-reaktion esiintymiseen siinä. Yksinkertaisimmassa muodossaan galvaaninen kenno koostuu kahdesta eri metalleista tehdystä levystä tai tangosta, jotka on upotettu elektrolyyttiliuokseen. Tällainen järjestelmä mahdollistaa redox-reaktion avaruudellisen erottamisen: toisessa metallissa tapahtuu hapettumista ja toisessa pelkistymistä. Siten elektronit siirtyvät pelkistimestä hapettimeen ulkoisen piirin kautta.

Tarkastellaan esimerkiksi galvaanista kupari-sinkkikennoa, joka saa virtansa yllä olevan sinkin ja kuparisulfaatin välisen reaktion energiasta. Tämä kenno (Jacobi-Daniel kenno) koostuu kuparilevystä, joka on upotettu kuparisulfaattiliuokseen (kuparielektrodi) ja sinkkilevystä, joka on upotettu sinkkisulfaattiliuokseen (sinkkielektrodi). Molemmat liuokset ovat kosketuksissa keskenään, mutta sekoittumisen estämiseksi ne erotetaan huokoisesta materiaalista tehdyllä väliseinällä.

Kun elementti on toiminnassa, ts. kun ketju suljetaan, sinkki hapettuu: liuoksen kanssa kosketuksen pinnalla sinkkiatomit muuttuvat ioneiksi ja hydratoituessaan siirtyvät liuokseen. Tässä tapauksessa vapautuneet elektronit liikkuvat ulkoista piiriä pitkin kuparielektrodille. Näiden prosessien koko joukko esitetään kaavamaisesti puolireaktioyhtälöllä tai sähkökemiallisella yhtälöllä:

Kupari-ionien pelkistyminen tapahtuu kuparielektrodissa. Sinkkielektrodista tänne tulevat elektronit yhdistyvät liuoksesta tulevien kuivuvien kupari-ionien kanssa; kupariatomit muodostuvat ja vapautuvat metallina. Vastaava sähkökemiallinen yhtälö on:

Alkuaineessa tapahtuvan reaktion kokonaisyhtälö saadaan laskemalla yhteen molempien puolireaktioiden yhtälöt. Näin ollen galvaanisen kennon toiminnan aikana elektronit siirtyvät pelkistimestä ulkoisen piirin kautta hapettimeen, elektrodeilla tapahtuu sähkökemiallisia prosesseja ja liuoksessa havaitaan ionien suuntaavaa liikettä.

Elektrodia, jossa hapettumista tapahtuu, kutsutaan anodiksi (sinkki). Elektrodia, jolla pelkistys tapahtuu, kutsutaan katodiksi (kupariksi).

Periaatteessa mikä tahansa redox-reaktio voi tuottaa sähköenergiaa. Kuitenkin reaktioiden määrä

käytännössä käytetty kemiallisissa sähköenergian lähteissä on pieni. Tämä johtuu siitä, että jokaisella redox-reaktiolla ei ole mahdollista luoda galvaanista kennoa, jolla on teknisesti arvokkaita ominaisuuksia. Lisäksi monet redox-reaktiot vaativat kalliiden aineiden kulutuksen.

Toisin kuin kupari-sinkkikenno, kaikki nykyaikaiset galvaaniset kennot ja akut eivät käytä kahta, vaan yhtä elektrolyyttiä; Tällaisia ​​virtalähteitä on paljon helpompi käyttää.

GALVAANISET SOLUTYYPIT

Hiili-sinkki elementtejä

Hiili-sinkkielementit (mangaani-sinkki) ovat

yleisimmät kuivaelementit. Hiilessä-sinkissä

elementit käyttävät passiivista (hiili)virrankerääjää

kosketukseen mangaanidioksidista (MnO2) tehdyn anodin kanssa, elektrolyytin kanssa

ammoniumkloridi ja sinkkikatodi. Elektrolyytti on sisällä

tahnaa tai kyllästää huokoisen kalvon.

Tällainen elektrolyytti ei ole kovin liikkuva eikä leviä, joten

elementtejä kutsutaan kuiviksi.

Hiili-sinkkielementit "palautetaan" aikana

tauko työstä. Tämä ilmiö johtuu asteittaisesta

paikallisten epähomogeenisuuksien kohdistaminen koostumuksessa

purkausprosessin aikana syntyvä elektrolyytti. Tuloksena

säännöllinen "lepo" elementin käyttöikää pidennetään.

Hiili-sinkki-elementtien etu on niiden

suhteellisen alhaiset kustannukset. Merkittäviin haittoihin

tulee sisältää merkittävä jännitteen lasku purkauksen aikana,

pieni ominaisteho (5...10 W/kg) ja lyhyt käyttöikä

varastointi

Matalat lämpötilat heikentävät käytön tehokkuutta

galvaaniset kennot ja akun sisäinen lämmitys

lisääntyy. Lämpötilan nousu aiheuttaa sinkkielektrodin kemiallisen korroosion elektrolyytin sisältämän veden vaikutuksesta ja elektrolyytin kuivumisen. Näitä tekijöitä voidaan jossain määrin kompensoida pitämällä akku korkeassa lämpötilassa ja syöttämällä suolaliuosta kennoon valmiiksi tehdyn reiän kautta.

Alkaliset alkuaineet

Hiili-sinkkikennojen tavoin alkalikennot käyttävät MnO2-anodia ja sinkkikatodia, jossa on erotettu elektrolyytti.

Ero alkalisten alkuaineiden ja hiili-sinkki-alkuaineiden välillä on

alkalisen elektrolyytin käytössä, minkä seurauksena

Kaasun kehittymistä ei käytännössä tapahdu purkauksen aikana, ja voi olla

suljettava, mikä on erittäin tärkeää useille niistä

sovellukset.

Elohopea elementtejä

Elohopeaelementit ovat hyvin samanlaisia ​​kuin alkaliset alkuaineet. Heissä

Elohopeaoksidia (HgO) käytetään. Katodi koostuu jauheen seoksesta

sinkki ja elohopea. Anodi ja katodi on erotettu erottimella ja kalvolla,

liotettu 40 % alkaliliuoksessa.

Koska elohopeaa on vähän ja se on myrkyllistä, elohopeaelementit eivät ole

tulee heittää pois, kun ne on käytetty kokonaan. Heidän täytyy

mene kierrätykseen.

Hopeiset elementit

Niissä on "hopea" katodit, jotka on valmistettu Ag2O:sta ja AgO:sta.

Litium solut

He käyttävät litiumanodeja, orgaanista elektrolyyttiä

ja eri materiaaleista valmistetut katodit. Heillä on erittäin suuria

säilyvyys, korkea energiatiheys ja tehokas

laajalla lämpötila-alueella, koska ne eivät sisällä vettä.

Koska litiumilla on korkein negatiivinen potentiaali

suhteessa kaikkiin metalleihin, litiumelementtejä

jolle on ominaista korkein nimellisjännite

minimimitat.

Ioninjohtavuus varmistetaan viemällä sisään

Suuria anioneja sisältävien suolojen liuottimet.

Litiumkennojen haittoja ovat mm

suhteellisen korkeat kustannukset korkean hinnan vuoksi

litium, erityisvaatimukset niiden tuotannolle (tarve

inertti atmosfääri, ei-vesipitoisten liuottimien puhdistus). Pitäisi

Ota myös huomioon, että jotkut litiumkennot, kun ne

ovat räjähtäviä avattaessa.

Litiumkennoja käytetään laajalti muistipiirien, mittauslaitteiden ja muiden korkean teknologian järjestelmien varavirtalähteissä.

AKUT

Akut ovat kemiallisia lähteitä

uudelleenkäytettävä sähköenergia. Ne koostuvat

kaksi elektrodia (positiivinen ja negatiivinen), elektrolyytti

ja rungot. Energian kertyminen akkuun tapahtuu, kun

kemiallisen hapetus-pelkistysreaktion esiintyminen

elektrodit. Kun akku on tyhjä, tapahtuu päinvastoin

prosessit. Akun jännite on potentiaaliero

akun napojen välissä kiinteällä kuormituksella.

Riittävän suurten jännitearvojen saamiseksi tai

latauksen aikana yksittäiset akut on kytketty toisiinsa

sarjassa tai rinnan akkujen kanssa. On olemassa numero

yleisesti hyväksytyt jännitteet paristot: 2; 4; 6;

Rajoitamme harkitsemaan seuraavia akkuja:

happoakut valmistettu perinteisten mukaan

teknologiat;

kiinteä johto ja veto (auto- ja

traktori);

suljetut huoltovapaat akut, sinetöity

nikkeli-kadmium ja happo "dryfit" A400 ja A500 (hyytelömäinen

elektrolyytti).

HAPPOPAKUT

Harkitse esimerkkinä käyttövalmis lyijyakkua. Se koostuu ristikkolyijylevyistä, joista osa on täytetty lyijydioksidilla ja osa metallisienilyijyllä. Levyt upotetaan 35-40 % H2SO4-liuokseen; tällä pitoisuudella rikkihappoliuoksen ominaissähkönjohtavuus on suurin.

Akun ollessa toiminnassa - sen purkautuessa - siinä tapahtuu hapetus-pelkistysreaktio, jonka aikana metallilyijy hapettuu:

Pb + SO4 = PbSO4 + 2e-

Ja lyijydioksidi vähenee:

Pb + S04 + 4H+ + 2e- = PbS04 + 2H20

Metallien lyijyatomien hapettumisen aikana luovuttamat elektronit hyväksyvät lyijyatomit PbO2 pelkistyksen aikana; elektronit siirretään elektrodilta toiselle ulkoisen piirin kautta.

Siten lyijymetalli toimii anodina lyijyakussa ja on negatiivisesti varautunut, ja PbO2 toimii katodina ja on positiivisesti varautunut.

Sisäisessä piirissä (H2SO4-liuoksessa) ioninsiirto tapahtuu akkukäytön aikana. SO42-ionit liikkuvat anodia kohti ja H+-ionit katodia kohti. Tämän liikkeen suunnan määrää elektrodiprosessien esiintymisestä johtuva sähkökenttä: anodilla kulutetaan anioneja ja katodilla kationeja. Tämän seurauksena liuos pysyy sähköisesti neutraalina.

Jos laskemme yhteen lyijyn hapettumista ja PbO2:n pelkistystä vastaavat yhtälöt, saadaan kokonaisreaktioyhtälö,

lyijyakun vuotaminen käytön aikana (purkautuminen):

Pb + PbO2 + 4H+ + 2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O

E.m.f. ladatun lyijyakun jännite on noin 2 V. Kun akku purkautuu, sen katodi (PbO2) ja anodi (Pb) materiaalit kuluvat. Myös rikkihappoa kulutetaan. Samanaikaisesti akun napojen jännite laskee. Kun se laskee käyttöolosuhteiden sallimaa arvoa pienemmäksi, akku latautuu uudelleen.

Lataamista (tai lataamista varten) akku on kytketty ulkoinen lähde virta (plus plus plus ja miinus miinus). Tässä tapauksessa virta kulkee akun läpi vastakkaiseen suuntaan kuin mihin se kulki akun purkautuessa. Tämän seurauksena elektrodeilla tapahtuvat sähkökemialliset prosessit "kääntyvät". Lyijyelektrodi läpikäy nyt pelkistysprosessin

PbSO4 + 2e- = Pb + SO4

nuo. Tästä elektrodista tulee katodi. PbO2-elektrodissa tapahtuu hapetusprosessi

PbSO4 + 2H2O = PbO2 + 4H+ + 2e-

siksi tämä elektrodi on nyt anodi. Liuoksen ionit liikkuvat vastakkaisiin suuntiin kuin mihin ne liikkuivat akun ollessa toiminnassa.

Lisäämällä kaksi viimeistä yhtälöä saamme yhtälön reaktiolle, joka tapahtuu akkua ladattaessa:

2PbSO4 + 2H2O = Pb + PbO2 + 4H+ + 2SO4

On helppo nähdä, että tämä prosessi on päinvastainen kuin akun ollessa käytössä: akkua ladattaessa se tuottaa jälleen toimintaansa tarvittavia aineita.

Lyijyakut liitetään yleensä akkuun, joka

sijoitetaan monoblokkiin, joka on valmistettu eboniitista, kestomuovista, polypropeenista,

polystyreeni, polyeteeni, asfaltin pihkakoostumus, keramiikka

tai lasia.

Yksi akun tärkeimmistä ominaisuuksista on

käyttöikä tai käyttöikä (jaksojen lukumäärä). Heikkeneminen

akun parametrit ja vika johtuvat ensisijaisesti

jono hilakorroosiota ja aktiivisen massan liukumista

positiivinen elektrodi. Akun kesto määräytyy

ensisijaisesti positiivisten levyjen tyypin ja olosuhteiden mukaan

operaatio.

Lyijyakkujen parannukset ovat käynnissä

uusien metalliseosten (esim. lyijy-kalsium), kevyiden ja kestävien kotelomateriaalien tutkimus

(esimerkiksi propeeni-eteenikopolymeeriin perustuva), parannuksia

erottimien laatu.

ALKALISPARISTOT

Hopea-sinkki.

Niillä on hyvät sähköiset ominaisuudet ja ne ovat kevyitä painoltaan ja tilavuudeltaan. Elektrodit niissä ovat hopeaoksidit Ag2O, AgO (katodi) ja sieni-sinkki (anodi); Elektrolyytti on KOH-liuos.

Akkukäytön aikana sinkki hapettuu, muuttuu ZnO:ksi ja Zn(OH)2:ksi ja hopeaoksidi pelkistyy metalliksi. Kokonaisreaktio, joka tapahtuu, kun akku tyhjenee, voidaan ilmaista likimäärin yhtälöllä:

AgO + Zn = Ag + ZnO

E.m.f. ladatun hopeasinkkiakun jännite on noin 1,85 V. Kun jännite putoaa 1,25 V:iin, akku latautuu. Tässä tapauksessa elektrodien prosessit ovat "käänteisiä": sinkki pelkistyy, hopea hapettuu - saadaan jälleen akun toimintaan tarvittavat aineet.

Kadmium-nikkeli ja rauta-nikkeli.

CN ja ZHN ovat hyvin samankaltaisia ​​toistensa kanssa. Niiden tärkein ero on negatiivisten elektrodilevyjen materiaali; KN-akuissa ne ovat kadmiumia ja ZhN-akuissa rautaa. KN-akut ovat yleisimmin käytettyjä.

Alkaliparistot valmistetaan pääasiassa lamellielektrodeilla. Niissä aktiiviset massat on suljettu lamelleihin - litteisiin laatikoihin, joissa on reikiä. Ladatun akun positiivisten levyjen aktiivinen massa koostuu pääasiassa hydratoidusta nikkelioksidista (Ni) Ni2O3 x H2O tai NiOOH. Lisäksi se sisältää grafiittia, jota lisätään lisäämään sähkönjohtavuutta. KN-akkujen negatiivisten levyjen aktiivinen massa koostuu sienikadmiumin ja rautajauheen seoksesta ja ZhN-akkujen - pelkistetystä rautajauheesta. Elektrolyytti on kaliumhydroksidiliuos, joka sisältää pienen määrän LiOH:ta.

Tarkastellaan KN-akun toiminnan aikana tapahtuvia prosesseja. Kun akku tyhjenee, kadmium hapettuu.

Cd + 2OH- = Cd(OH)2 + 2e-

Ja NiOOH on palautettu:

2NiOOH + 2H2O + 2e- = 2Ni(OH)2 + 2OH-

Tässä tapauksessa elektronit siirretään kadmiumelektrodista nikkelielektrodille ulkoista piiriä pitkin. Kadmiumelektrodi toimii anodina ja on negatiivisesti varautunut, ja nikkelielektrodi toimii katodina ja on positiivisesti varautunut.

KN-akussa sen toiminnan aikana tapahtuva kokonaisreaktio voidaan ilmaista yhtälöllä, joka saadaan lisäämällä kaksi viimeistä sähkökemiallista yhtälöä:

2NiOOH + 2H2O + Cd = 2NI(OH)2 + CD(OH)2

E.m.f. ladatun nikkelikadmium-akun jännite on noin 1,4 V. Kun akku toimii (purkaa), sen napojen jännite laskee. Kun se laskee alle 1 V, akku latautuu.

Kun akkua ladataan, sen elektrodien sähkökemialliset prosessit "kääntyvät". Metallin pelkistys tapahtuu kadmiumelektrodissa

Cd(OH)2 + 2e- = CD + 2OH-

Nikkelistä - nikkelihydroksidin hapetus (P):

2Ni(OH)2 + 2OH- = 2NiOOH + 2H2O + 2e-

Kokonaisreaktio latauksen aikana on päinvastainen kuin purkauksen aikana tapahtuva reaktio:

2Ni(OH)2 + Cd(OH)2 = 2NiOOH + 2H2O + Cd

SULJETUT NIKKELIKADMIUMPARISTOT

Erityinen ryhmä nikkelikadmium-akkuja ovat suljettuja akkuja. Varauksen lopussa vapautuva happi hapettaa kadmiumia, joten paine akussa ei nouse. Hapen muodostumisnopeuden tulee olla alhainen, joten akku latautuu suhteellisen alhaisella virralla.

Suljetut akut on jaettu levylle,

lieriömäinen ja suorakaiteen muotoinen.

Suljetut suorakaiteen muotoiset nikkelikadmium-akut

valmistetaan negatiivisilla ei-kermet-kadmiumoksidielektrodeilla tai kermet-kadmiumoksidielektrodeilla.

SULJETTU AKKU

Laajalti käytettyjä happoakkuja,

valmistettu klassisella tekniikalla, aiheuttavat paljon ongelmia

ja niillä on haitallinen vaikutus ihmisiin ja laitteisiin. He ovat eniten

halpoja, mutta vaativat lisäkustannuksia niiden ylläpidosta,

erityistilat ja -henkilöstö.

"DRYFIT" TEKNOLOGIA AKUT

Kätevin ja turvallisin happoakuista

ovat täysin huoltovapaita suljettuja akkuja

VRLA (Valve Regulated Lead Acid) valmistettu teknologialla

"dryfit". Näiden akkujen elektrolyytti on hyytelömäisessä tilassa. Tämä takaa akkujen luotettavuuden ja niiden toiminnan turvallisuuden.

KIRJASTUS:

1. Deordiev S.S.

Akut ja niiden hoito.

K.: Tekniikka, 1985. 136 s.

2. Sähköalan hakuteos.

3 osassa T.2. Sähkötuotteet ja -laitteet/alle

kaikki yhteensä toim. Moskovan voimatekniikan instituutin professorit (päätoimittaja I. N. Orlov) ym. 7. painos. 6corr. ja ylimääräistä

M.: Energoatomizdat, 1986. 712 s.

3. N.L.Glinka.

Yleinen kemia.

Kustantaja "Chemistry" 1977.

4. Bagotsky V.S., Skundin A.M.

Kemialliset virtalähteet.

M.: Energoizdat, 1981. 360 s.

Tekstin tarjoaa Tieteellinen tutkimuskeskus "Tiede ja teknologia"
Oikeudet julkaisun sähköiseen versioon kuuluvat N&T:lle (www.n-t.org)

Kirja sisältää tietoa kemiallisten virtalähteiden (paristot ja akut) suunnittelusta, toimintaperiaatteista ja ominaispiirteistä. Tästä kirjasta opit valitsemaan tarvitsemasi paristot ja akut, lataamaan ja palauttamaan ne oikein.

• Anodi on akun positiivinen napa.
• Akku – kaksi tai useampi kenno on kytketty sarjaan ja/tai rinnan tarvittava jännite ja nykyinen.
• Sisäinen vastus on vastus virran virtaukselle elementin läpi, mitattuna ohmeina. Joskus kutsutaan sisäiseksi impedanssiksi.
• Tuotantoenergia on tehonkulutus kerrottuna keskimääräisellä jännitteellä akkujen purkautumisajan aikana, ilmaistuna wattitunteina (Wh).
• Kapasiteetti on sähköenergian määrä, jonka akku vapauttaa tietyissä purkausolosuhteissa, ilmaistuna ampeeritunteina (Ah) tai kuloneina (1 Ah = 3600 C).
• Varaus on sähköenergiaa, joka siirretään elementtiin, joka muunnetaan varastoituneeksi kemialliseksi energiaksi.
• Katodi on akun negatiivinen napa.
• Kompensoiva lataus on menetelmä, joka käyttää tasavirtaa akun saattamiseksi täyteen ladattuun tilaan ja sen ylläpitämiseen tässä tilassa.
• Katkaisujännite on pienin jännite, jolla akku pystyy tuottamaan hyödyllistä energiaa tietyissä purkausolosuhteissa.
• Avoimen piirin jännite on jännite akun ulkoisissa navoissa virranoton puuttuessa.
• Nimellisjännite on täyteen ladatun akun jännite, kun se purkautuu erittäin alhaisella nopeudella.
• Kelluva lataus on tapa säilyttää ladattava akku täyteen ladatussa tilassa käyttämällä valittua vakiojännitettä kompensoimaan siinä olevia erilaisia ​​häviöitä.
• Energiatiheys on elementin energian suhde sen massaan tai tilavuuteen, ilmaistuna wattitunteina massa- tai tilavuusyksikköä kohti.
• Polarisaatio on jännitteen aleneminen, joka aiheutuu elementtien komponenttien kemiallisten koostumusten muutoksista (avopiirijännitteen ja jännitteen välinen ero milloin tahansa purkauksen aikana).
• Purkaus on sähköenergian kulutusta elementistä ulkoiseen piiriin. Syväpurkaus on tila, jossa elementin lähes koko kapasiteetti on käytetty. Matala purkaus on purkaus, jossa pieni osa kokonaiskapasiteetista kuluu.
• Erotin - materiaali, jota käytetään elektrodien eristämiseen toisistaan. Joskus se säilyttää elektrolyyttiä kuivissa kennoissa.
• Säilyvyysaika on aika, jonka aikana normaaleissa olosuhteissa (20oC) varastoitu elementti säilyttää 90 % alkuperäisestä kapasiteetistaan.
• Stabiliteetti on jännitteen tasaisuus, jolla akku vapauttaa energiaa täyden purkaustilan aikana.
• Alkuaine on perusyksikkö, joka pystyy muuttamaan kemiallisen energian sähköenergiaksi. Se koostuu positiivisista ja negatiivisista elektrodeista, jotka on upotettu yhteiseen elektrolyyttiin.
• Elektrodi on johtava materiaali, joka pystyy tuottamaan virrankantoaineita reagoidessaan elektrolyytin kanssa.
• Elektrolyytti on materiaali, joka johtaa varauksen kantajia solussa.
• Jakso on yksi jakso, jossa elementti ladataan ja puretaan.

Englanninkieliset termit

• Akku - hehkulamppu
• happoakku - happoakkujen (lyijyakkujen) akku
• ilma-akku - ilma-metallielementti
• alkaliparisto - (ensisijainen) alkaliparisto
• alkaliparisto - alkalinen mangaani-sinkkikenno
• alkaliparisto - kuiva elohopea-sinkkikenno
• alkaliparisto - kuiva alkaliparisto
• alkalinen mangaaniparisto - alkalinen mangaani-sinkkikenno
• alkaliparisto - alkaliparisto
• alkaliparisto - alkaliparisto
• anodiakku - anodiakku
• B-akku - anodiakku
• Bansen-akku - (typpihappo-sinkki) Bunsen-kenno
• pussityyppinen akku - kuppi (ensisijainen) elementti, jossa on pupa
• tasapainotusakku - puskuriakku
• akku - akku
• bias akku - bias akkuelementti, verkkoakkuelementti
• biasing akku - esijänniteakku, verkkoakku
• bikromaattiparisto - (ensisijainen) kenno dikromaattiliuoksella
• puskuriakku - puskuriakku
• ohitusakku - puskuriakku
• C-akku - bias-akku, verkkoakku
• Clark-akku - (elohopea-sinkki) Clark-kenno
• kadmium normaali akku - (elohopea-kadmium) Weston normaali kenno
• kadmium-hopea-oksidiakku - kadmiumoksidi-galvaanikenno
• hiiliakku - (ensisijainen) kenno hiilielektrodilla
• hiili-sinkkiakku - (kuiva) kenno sinkkianodilla ja hiilikatodilla
• kenno - elementti, kenno, galvaaninen kenno (ensiokenno, akku tai polttokenno)
• kemiallinen akku - kemiallisten virtalähteiden akku
• ladattava akku - ladattava elementti
• kupari-sinkkiakku - kupari-sinkkikenno
• vasta-akku (sähkömoottori) - vastatoimielementti
• Daniel akku - (kupari-sinkki) Daniel kenno
• hajoamisakku - kenno, jossa on elektrolyyttisen hajoamisen (sivu)reaktio
• dikromaattiparisto - (ensisijainen) kenno dikromaattiliuoksella
• syrjäytysakku - kenno, jossa on (sivu)elektrolyyttinen vaihtoreaktio
• kaksiarvoinen hopeaoksidiakku - kenno, jossa hopea hapettuu kaksiarvoiseen tilaan
• kaksoisnesteen akku - kahden nesteen elementti
• rumpuvarasto - nikkeli-sinkkiakku
• kuivaparisto - kuivakenno
• kuivaakku - kuivaakku
• kuivaladattu akku - kuivaladattujen akkujen akku
• kuivalla ladattu akku - kuivaladattu akku
• Edison-akku - nikkeli-rauta-akku
• sähköakku - galvaaninen akku (primäärikennojen, akkujen tai polttokennojen akku)
• sähköakku - galvaaninen kenno (ensiokenno), akku tai polttokenno
• hätäakut - hätäakut
• hätäakku - hätäakku
• päätyakut - vara-akut
• Faradey-akku - Faraday-kenno
• Faure-akku - akku liimatuilla levyillä
• hehkulamppu - hehkulankaparisto
• kelluva akku - vara-akku (kytketty rinnan pääakun kanssa)
• Grenet-akku - (sinkkidikromaatti) Grenet-kenno
• galvaaninen akku - sähkökemiallinen kenno galvaanisessa kennotilassa
• verkkoakku - verkkoakku, syrjäytysakku
• grid-bias akku - esijänniteakku, verkkoakku
• Lalande-akku - (alkalinen kupari-sinkkioksidi) Lalande-kenno
• Leclanche-akku - (mangaani-sinkki) Leclanche-kenno
• lyijyakku (-happo) - happo (lyijyakku).
• lyijyakku (lyijyakku) - lyijyakkujen (happo) akku
• lyijy-kalsium-akku - lyijy-kalsiumkenno
• lyijydioksidiakku - lyijydioksidiprimaarikenno
• linja-akku - puskuriakku
• litiumakku - kenno litiumanodilla
• litium-rautasulfidi toissijainen akku - rauta-litiumkloridiakku
• litium-hopea kromaattiakku - hopea-litiumkromaattikenno
• litium-vesi akku - litium-vesikenno
• pitkä märkäkäyttöinen akku - akkuparisto, jolla on pitkä käyttöikä veden alla
• magnesiumakku - pääkenno magnesiumanodilla
• magnesium-elohopea-akku - magnesiumoksidi-elohopeaakku
• magnesium-kuprokloridi-akku - kupari-magnesiumkloridikenno
• magnesium-hopeakloridi-akku - hopea-magnesiumkloridikenno
• magnesium-vesi akku - magnesium-vesi akku
• elohopeaakku - (kuiva) elohopea-sinkkikenno
• elohopeaakku - (kuivien) elohopea-sinkkikennojen akku
• metalli-ilma-akku - metalli-ilma-akku
• nicad (nikkeli-kadmium) akku - nikkeli-kadmium akku
• nikkelikadmiumparisto - nikkelikadmiumparisto
• nikkeli-rauta-akku - nikkeli-rauta-akku
• nikkeli-rauta-akku - nikkeli-rauta-akku
• Plante akku - lyijyakku (happo) liinavaatteiden erottimella
• pilottiakku - ohjausakun akku
• levyakku - anodiakku
• plug-in akku - vaihdettava akku
• kannettava akku - kannettava akku
• ensisijainen akku - (ensisijainen) elementti
• ensisijainen akku - (ensisijaisten) kennojen akku
• hiljainen akku - mikrofonin akku
• Ruben-akku - (kuiva) elohopea-sinkkikenno
• ladattava akku - akkujen akku
• ladattava akku - ladattavien elementtien akku
• varaakku - vara-akun galvaaninen elementti
• soittoäänen akku - soittoäänen (puhelimen) akku
• sal-ammoniakkiakku - (ensisijainen) kenno ammoniumsuolaliuoksilla
• kyllästetty vakioakku - kylläinen normaali kenno
• suljettu akku - suljettu akku
• suljettu akku - suljettu (ensisijainen) elementti
• toissijainen akku - akkujen akku
• merkinantoakku - soitto (puhelin) akku
• hopea-kadmium-akku - hopea-kadmium-akkujen akku
• hopeaoksidiakku - (ensisijainen) kenno hopeakatodilla
• hopea-sinkki ensisijainen akku - hopea-sinkki ensisijainen kenno
• hopeasinkkiakku - hopeasinkkiakkujen akku
• aurinkoakku - aurinkoakku
• tavallinen Daniel-akku - (kupari-sinkki) normaali Daniel-kenno
• valmiusakku - hätäakku
• kiinteä akku - paikallaan pysyvä akku - akku - akku
• puhuva akku - mikrofonin akku
• Voltaic-akku - Volta-elementti; elementti metallielektrodeilla ja nestemäisellä elektrolyytillä
• Weston (vakio) akku - (elohopea-kadmium) normaali Weston kenno
• märkä akku - kenno nestemäisellä elektrolyytillä
• sinkki-ilma-akku - sinkki-ilmakennojen akku
• sinkkiklooriakku - sinkkiklooriakku
• sinkki-kuparioksidiakku - kupari-sinkkioksidikenno
• sinkki-rauta-akku - sinkkirautakenno
• sinkki-mangaanidioksidiakku - mangaani-sinkkikennojen akku
• sinkki-elohopeaoksidiakku - sinkki-elohopeaoksidikenno
• sinkki-nikkeliparisto - nikkeli-sinkkiakku
• sinkki-hopea-kloridi-primaarinen akku - hopea-sinkkikloridi-primaarikenno

Johdanto

Kemiallisista virtalähteistä (CHS) on tullut osa elämäämme useiden vuosien ajan. Kuluttaja harvoin kiinnittää jokapäiväisessä elämässä huomiota käytetyn HIT:n eroihin. Hänelle nämä ovat paristoja ja akkuja. Niitä käytetään tyypillisesti laitteissa, kuten taskulampuissa, leluissa, radioissa tai autoissa.

Useimmiten paristot ja akut erottuvat ulkonäöstään. Mutta on paristoja, jotka on suunniteltu samalla tavalla kuin akut. Esimerkiksi ulkomuoto KNG-1D-akku eroaa vähän klassisista R6C AA-akuista. Ja päinvastoin. Ladattavat akut ja levytyyppiset akut ovat myös ulkonäöltään erottamattomia. Esimerkiksi D-0,55-akku ja painikeelohopeakenno (paristo) RC-82.

Kuluttajan on kiinnitettävä huomiota HIT-rungossa oleviin merkintöihin erottaakseen ne toisistaan. Paristojen ja akkujen koteloihin tehdyt merkinnät on kuvattu kuvien ja taulukoiden luvuissa 1 ja 2. Tämä on välttämätöntä laitteesi virtalähteen oikeaksi valitsemiseksi.

Kannettavien audio-, video- ja muiden energiaintensiivisempien laitteiden ilmaantuminen vaati HIT:n energiaintensiteetin, luotettavuuden ja kestävyyden lisäämistä.

Tässä kirjassa kuvataan tekniset ominaisuudet ja menetelmät optimaalisen HIT:n valitsemiseksi, menetelmiä paristojen ja akkujen lataamiseen, palauttamiseen, käyttöön ja käyttöiän pidentämiseen.

Lukijaa kehotetaan huomioimaan kemiallisten jätteiden turvallisuutta ja hävittämistä koskevat varoitukset.

Siinä tapauksessa, että virrankulutus on suhteellisen korkea (10Ah), käytetään akkuja, pääasiassa happoa, sekä nikkeli-rautaa ja nikkeli-kadmiumia. Niitä käytetään kannettavissa tietokoneissa (kannettava tietokone, kannettava tietokone, kämmentietokone), puettavissa viestintälaitteissa, hätävalaistuksessa jne.

Auton akuilla on erityinen paikka kirjassa. Toimitetaan kaavioita akkujen lataus- ja palautuslaitteista ja kuvataan uusia "dryfit"-tekniikalla luotuja sinetöityjä akkuja, jotka eivät vaadi huoltoa 5...8 käyttövuoden aikana. Niillä ei ole haitallisia vaikutuksia ihmisiin tai laitteisiin.

Viime vuosina tällaisia ​​akkuja on käytetty laajalti tietokoneiden ja sähkömekaanisten järjestelmien varavirtalähteissä, jotka keräävät energiaa mahdollisia huippukuormia ja elintärkeiden järjestelmien hätävirtalähteitä varten.

Jokaisen luvun alussa on sanasto englanninkielisistä erikoistermeistä, joita käytetään paristojen ja akkujen kuvauksissa ja merkinnöissä. Kirjan lopussa on yhdistetty termisanasto.

Taulukossa B.1 on esitetty CCI:n tärkeimmät ominaisuudet monille käytännön kannalta kiinnostaville sovelluksille.

LUKU 1
GALVAANISET VIRTALÄHTEET, YKSI TOIMINTA

Kertakäyttöiset galvaaniset virtalähteet ovat yhtenäinen säiliö, joka sisältää erottimen aktiivisen materiaalin absorboima elektrolyytin sekä elektrodit (anodi ja katodi), minkä vuoksi niitä kutsutaan kuivakennoiksi. Tätä termiä käytetään viittaamaan kaikkiin kennoihin, jotka eivät sisällä nestemäistä elektrolyyttiä. Tavallisia kuivasoluja ovat sinkki-hiili- tai Leclanche-solut.

Kuivakennoja käytetään pienillä virroilla ja jaksoittaisilla käyttötavoilla. Siksi tällaisia ​​​​elementtejä käytetään laajalti puhelimissa, leluissa, hälytysjärjestelmissä jne.

Koska kuivaelementtejä käyttävien laitteiden valikoima on erittäin laaja ja lisäksi ne vaativat säännöllistä vaihtoa, niiden mitoille on olemassa standardeja. On syytä korostaa, että eri valmistajien valmistamien taulukoiden 1.1 ja 1.2 elementtien mitat voivat poiketa hieman tappien sijainnista ja muista niiden spesifikaatioissa määritellyistä ominaisuuksista.

Purkausprosessin aikana kuivien kennojen jännite putoaa nimellisjännitteestä katkaisujännitteeseen (katkaisujännite on minimijännite, jolla akku pystyy toimittamaan minimienergiaa), ts. tyypillisesti 1,2 V - 0,8 V/kenno sovelluksesta riippuen. Purkauksen sattuessa elementtiin liitettynä jatkuva vastus piirin sulkemisen jälkeen sen liittimien jännite laskee jyrkästi tiettyyn arvoon, joka on hieman pienempi kuin alkuperäinen jännite. Tässä tapauksessa kulkevaa virtaa kutsutaan alkupurkausvirraksi.

Kuivakennon toimivuus riippuu virrankulutuksesta, katkaisujännitteestä ja purkausolosuhteista. Elementin hyötysuhde kasvaa purkausvirran pienentyessä. Kuivien kennojen jatkuva purkaminen alle 24 tuntia voidaan luokitella nopeaksi purkaukseksi.

Kuivakennon sähköinen kapasiteetti on määritetty purkausta varten kiinteän vastuksen kautta tietyllä loppujännitteellä tunneissa alkupurkauksesta riippuen ja se esitetään kaaviona tai taulukona. On suositeltavaa käyttää valmistajan taulukkoa tai taulukkoa tietylle akulle. Tämä ei johdu pelkästään tarpeesta ottaa huomioon tuotteen ominaisuudet, vaan myös siitä, että jokainen valmistaja antaa omat suosituksensa tuotteidensa parhaasta käytöstä. Taulukossa 1.3 ja taulukossa 1.5 on esitetty viime aikoina myymälöiden hyllyillä yleisimpiä galvaanisten kennojen tekniset ominaisuudet.

Akun sisäinen resistanssi voi rajoittaa tarvittavaa virtaa esimerkiksi käytettäessä salamakamerassa. Alkuperäistä vakaata virtaa, jonka akku pystyy syöttämään lyhyen aikaa, kutsutaan salamavirraksi. Elementtityypin merkintä sisältää kirjainmerkinnät, jotka vastaavat elementin välähdysvirtoja ja sisäistä resistanssia tasa- ja vaihtovirralla mitattuna (taulukko 1.4). Leimahdusvirtaa ja sisäistä resistanssia on erittäin vaikea mitata, ja kennoissa voi olla pitkä käyttöikä, mutta välähdysvirta voi pienentyä.

1.1. GALVAANISET SOLUTYYPIT

Hiili-sinkki elementtejä

Hiili-sinkkielementit (mangaani-sinkki) ovat yleisimpiä kuivia alkuaineita. Hiili-sinkkikennot käyttävät passiivista (hiili)virrankerääjää, joka on kosketuksissa mangaanidioksidin (MnO2) anodin, ammoniumkloridielektrolyytin ja sinkkikatodin kanssa. Elektrolyytti on tahnamuodossa tai kyllästää huokoisen kalvon. Tällainen elektrolyytti on hieman liikkuva eikä leviä, minkä vuoksi elementtejä kutsutaan kuiviksi.

Hiili-sinkkikennon nimellisjännite on 1,5 V.

Kuivat elementit voivat olla lieriömäisiä, kuva 1.1, kiekkoja, kuva 1.2, ja suorakaiteen muotoisia. Suorakaiteen muotoisten elementtien suunnittelu on samanlainen kuin levyelementtien. Sinkkianodi on valmistettu lieriömäisestä lasista, joka on myös säiliö. Levyelementit koostuvat sinkkilevystä, elektrolyyttiliuoksella kyllästetystä pahvikalvosta ja positiivisen elektrodin puristetusta kerroksesta. Levyelementit on kytketty sarjaan keskenään, tuloksena oleva akku on eristetty ja pakattu koteloon.

Hiili-sinkkielementit "palautetaan" käyttökatkon aikana. Tämä ilmiö johtuu elektrolyyttikoostumuksen paikallisten epähomogeenisuuksien asteittaisesta kohdistamisesta, joita syntyy purkausprosessin aikana. Jaksottaisen "lepoajan" seurauksena elementin käyttöikä pitenee.

Kuvassa Kuvassa 1.3 on kolmiulotteinen kaavio, joka esittää D-elementin käyttöajan pidentymistä jaksoittaista käyttötapaa käytettäessä vakiokäyttöön verrattuna. Tämä tulee ottaa huomioon käytettäessä elementtejä intensiivisesti (ja käyttää useita sarjoja toimintaan, jotta yhdellä sarjalla on riittävästi aikaa palauttaa toiminta. Esimerkiksi soitinta käytettäessä ei suositella yhden paristosarjan käyttöä yli kaksi tuntia peräkkäin.Kaksi sarjaa vaihdettaessa toiminta-aikaelementit kolminkertaistuvat.

Hiili-sinkkielementtien etuna on niiden suhteellisen alhainen hinta. Merkittäviä haittoja ovat jännitteen merkittävä lasku purkauksen aikana, alhainen tehotiheys (5...10 W/kg) ja lyhyt säilyvyys.

Matalat lämpötilat vähentävät galvaanisten kennojen käytön tehokkuutta ja akun sisäinen kuumennus lisää sitä. Lämpötilan vaikutus galvaanisen kennon kapasitanssiin on esitetty kuvassa. 1.4. Lämpötilan nousu aiheuttaa sinkkielektrodin kemiallisen korroosion elektrolyytin sisältämän veden vaikutuksesta ja elektrolyytin kuivumisen. Näitä tekijöitä voidaan jossain määrin kompensoida pitämällä akku korkeassa lämpötilassa ja syöttämällä suolaliuosta kennoon valmiiksi tehdyn reiän kautta.

Alkaliset alkuaineet

Hiili-sinkkikennojen tavoin alkalikennot käyttävät MnO2-anodia ja sinkkikatodia, jossa on erotettu elektrolyytti.

Ero alkalikennojen ja hiili-sinkkikennojen välillä on alkalisen elektrolyytin käyttö, jonka seurauksena kaasun kehittymistä ei käytännössä tapahdu purkauksen aikana ja ne voidaan tehdä hermeettisesti suljettuina, mikä on erittäin tärkeää useissa niiden sovelluksissa. .

Alkalikennojen jännite on samoissa olosuhteissa noin 0,1 V pienempi kuin hiili-sinkkikennojen. Siksi nämä elementit ovat keskenään vaihdettavissa.

Alkalista elektrolyyttiä sisältävien kennojen jännite muuttuu huomattavasti vähemmän kuin suolaelektrolyyttiä sisältävien kennojen jännite. Emäksisellä elektrolyytillä varustetuilla kennoilla on myös korkeampi ominaisenergia (65...90 Wh/kg), ominaisteho (100...150 kWh/m3) ja pidempi säilyvyys.

Mangaani-sinkkikennojen ja akkujen lataus tapahtuu epäsymmetrisellä vaihtovirralla. Voit ladata kennoja minkä tahansa pitoisuuden suolalla tai emäksisellä elektrolyytillä, mutta ei liian tyhjentyneellä ja ilman vaurioituneita sinkkielektrodeja. Määrätyn vanhenemispäivän kuluessa tämän tyyppistä kennossa tai akussa, voit palauttaa toiminnan useita kertoja (6...8 kertaa).

Kuivaparistojen ja -kennojen lataus suoritetaan erityislaitteesta, jonka avulla voit saada vaaditun muodon latausvirran: lataus- ja purkauskomponenttien suhteella 10:1 ja näiden komponenttien pulssin kestosuhteilla 1: 2. Tällä laitteella voit ladata kellon akkuja ja aktivoida vanhoja pieniä akkuja. Kellon akkuja ladattaessa latausvirta ei saa ylittää 2 mA. Latausaika on enintään 5 tuntia. Kaavio tällaisesta akkujen latauslaitteesta on esitetty kuvassa. 1.5.

Tässä ladattava akku on kytketty kahden rinnakkain kytketyn diodiketjun kautta, joissa on vastukset. Epäsymmetrinen varausvirta saadaan vastusten resistanssien eron seurauksena. Latauksen päättymisen määrää akun jännitteen kasvun pysähtyminen. Muuntajan toisiojännite laturi valitaan siten, että lähtöjännite ylittää elementin nimellisjännitteen 50...60 %.

Akun latausajan kuvatulla laitteella tulisi olla noin 12...16 tuntia. Latauskapasiteetin tulee olla noin 50 % suurempi kuin akun nimelliskapasiteetti.

Elohopea elementtejä

Elohopeaelementit ovat hyvin samanlaisia ​​kuin alkaliset alkuaineet. He käyttävät elohopeaoksidia (HgO). Katodi koostuu sinkkijauheen ja elohopean seoksesta. Anodi ja katodi erotetaan toisistaan ​​erottimella ja kalvolla, joka on kyllästetty 40-prosenttisella alkaliliuoksella.

Näillä elementeillä on pitkällä aikavälillä tallennustila ja suurempi kapasiteetti (samalla tilavuudella). Elohopeakennon jännite on noin 0,15 V pienempi kuin alkalikennon.

Elohopeaelementeille on ominaista korkea ominaisenergia (90...120 Wh/kg, 300...400 kWh/m3), jännitteen stabiilisuus ja korkea mekaaninen lujuus.

Pienikokoisia laitteita varten on luotu modernisoituja elementtejä tyypeistä RC-31S, RC-33S ja RC-55US. RC-31S- ja RC-55US-elementtien ominaisenergia on 600 kWh/m3, RC-33S-elementtien 700 kWh/m3. RC-31S- ja RC-33S-elementtejä käytetään kellojen ja muiden laitteiden virtalähteenä. RC-55US-elementit on tarkoitettu lääketieteellisiin laitteisiin, erityisesti implantoitaviin lääketieteellisiin laitteisiin.

RC-31S- ja RC-33S-elementit toimivat 1,5 vuotta 10 ja 18 µA virroilla, ja RC-55US-elementti varmistaa implantoitujen lääkinnällisten laitteiden toiminnan 5 vuoden ajan. Kuten taulukosta 1.6 ilmenee, näiden elementtien nimelliskapasiteetti ei vastaa niiden nimitystä.

Elohopeaelementit toimivat lämpötila-alueella 0 - +50 oC, on kylmänkestäviä RC-83X ja RC-85U sekä lämmönkestäviä elementtejä RC-82T ja RC-84, jotka kykenevät toimimaan +70 oC:n lämpötiloissa. . Alkuaineissa on muunnelmia, joissa indium- ja titaaniseoksia käytetään sinkkijauheen sijasta (negatiivinen elektrodi).

Koska elohopeaa on vähän ja se on myrkyllistä, elohopeakennoja ei tule heittää pois, kun ne on käytetty kokonaan. Ne on kierrätettävä.

Hopeiset elementit

Niissä on Ag2O:sta ja AgO:sta tehdyt hopeakatodit. Niiden jännite on 0,2 V korkeampi kuin hiili-sinkkien jännite vertailukelpoisissa olosuhteissa.

Litium solut

He käyttävät litiumanodeja, orgaanista elektrolyyttiä ja katodeja, jotka on valmistettu erilaisista materiaaleista. Niillä on erittäin pitkä säilyvyys, korkea energiatiheys ja ne toimivat laajalla lämpötila-alueella, koska ne eivät sisällä vettä.

Koska litiumilla on korkein negatiivinen potentiaali kaikkiin metalleihin verrattuna, litiumkennoilla on korkein nimellisjännite minimaalisilla mitoilla (kuva 1.6). Tekniset tiedot litium galvaaniset kennot on esitetty taulukossa 1.7.

Orgaanisia yhdisteitä käytetään yleensä liuottimina tällaisissa alkuaineissa. Liuottimet voivat olla myös epäorgaanisia yhdisteitä, esimerkiksi SOCl2, jotka ovat myös reaktiivisia aineita.

Ionijohtavuus varmistetaan lisäämällä suoloja, joissa on suuria anioneja, liuottimiin, esimerkiksi: LiAlCl4, LiClO4, LiBFO4. Erityinen sähkönjohtavuus vedettömät elektrolyyttiliuokset ovat 1...2 suuruusluokkaa pienempiä kuin vesiliuosten johtavuus. Lisäksi katodiset prosessit niissä etenevät yleensä hitaasti, joten ei-vesipitoisia elektrolyyttejä sisältävissä kennoissa virrantiheydet ovat alhaiset.

Litiumkennojen haittoja ovat niiden suhteellisen korkeat kustannukset, jotka johtuvat litiumin korkeasta hinnasta ja niiden tuotannon erityisvaatimuksista (inertin ilmakehän tarve, ei-vesipitoisten liuottimien puhdistus). On myös otettava huomioon, että jotkin litiumkennot ovat avattaessa räjähtäviä.

Tällaisia ​​elementtejä valmistetaan yleensä painonappina, jonka jännite on 1,5 V ja 3 V. Ne tuottavat onnistuneesti virtaa piireihin, joiden kulutus on noin 30 μA vakiotilassa tai 100 μA jaksoittaisissa tiloissa. Litiumkennoja käytetään laajalti muistipiirien, mittauslaitteiden ja muiden korkean teknologian järjestelmien varavirtalähteissä.

LUKU 1.2 MAAILMAN JOHTAVIEN YRITYSTEN AKUT

Viime vuosikymmeninä Leclanche-alkuaineiden alkalisten analogien, mukaan lukien sinkkiilman, tuotantomäärä on kasvanut (katso taulukko B1).

Esimerkiksi Euroopassa alkali-mangaani-sinkki-alkuaineiden tuotanto alkoi kehittyä vuonna 1980, ja vuonna 1983 se saavutti jo 15 % kokonaistuotannosta.

Vapaan elektrolyytin käyttö rajoittaa autonomisten elektrolyytien käyttömahdollisuuksia ja sitä käytetään pääasiassa kiinteässä HIT:ssä. Siksi lukuisilla tutkimuksilla pyritään luomaan niin kutsuttuja kuivakennoja tai soluja, joissa on sakeutettua elektrolyyttiä, joissa ei ole elementtejä, kuten elohopeaa ja kadmiumia, jotka aiheuttavat vakavia vaaroja ihmisten terveydelle ja ympäristölle.

Tämä suuntaus on seurausta alkalisten kemikaalien eduista verrattuna klassisiin suolaalkuaineisiin:

purkausvirran tiheyksien merkittävä kasvu liitetyn anodin käytöstä johtuen;

kemiallisten lämmityslaitteiden kapasiteetin lisääminen johtuen mahdollisuudesta lisätä aktiivisten massojen kuormitusta;

sinkki-ilmakoostumusten (tyypin 6F22 elementit) luominen johtuen olemassa olevien katodimateriaalien suuremmasta aktiivisuudesta dihapen sähköpelkistysreaktiossa alkalisessa elektrolyytissä.

Akut Duracellilta (USA)

Duracell on maailman johtava kertakäyttöisten alkalisten galvaanisten lähteiden valmistaja. Yrityksen historia ulottuu yli 40 vuoden taakse.

Itse yritys sijaitsee Yhdysvalloissa. Euroopassa sen tehtaat sijaitsevat Belgiassa. Kuluttajien mukaan sekä kotimaassa että ulkomailla Duracell-akut ovat johtavassa asemassa suosiossa, käyttöiässä ja hinta-laatusuhteessa.

Duracellin ilmestyminen Ukrainan markkinoille herätti kuluttajien huomion.

Purkausvirrantiheydet litiumlähteissä eivät ole korkeita (verrattuna muihin HIT:iin), luokkaa 1 mA/cm2 (katso sivu 14). Taatun 10 vuoden säilyvyysajan ja alhaisen virranpurkauksen ansiosta on järkevää käyttää Duracell-litiumkennoja korkean teknologian järjestelmissä.

Yhdysvalloissa patentoitu EXRA-POWER-tekniikka, jossa käytetään titaanidioksidia (TiO2) ja muita teknisiä ominaisuuksia, auttaa lisäämään Duracellin mangaani-sinkkikemiallisten reaktorien tehoa ja hyötysuhdetta.

Duracell-alkalikennojen teräsrungon sisällä on sylinterimäinen grafiittikeräin, joka pitää tahnamaista elektrolyyttiä kosketuksessa neulakatodin kanssa.

Elementtien taattu säilyvyysaika on 5 vuotta, ja samalla pakkaukseen merkitty elementin kapasiteetti on taattu säilyvyysajan lopussa.

Duracell HIT:n tekniset ominaisuudet on esitetty taulukossa 1.8.

Akut Varta-konsernilta (Saksa)

Varta-konserni on yksi maailman johtavista HIT:n tuotannosta. Konsernin 25 tehdasta sijaitsevat yli 100 maassa ympäri maailmaa ja valmistavat yli 1 000 erilaista paristoa ja akkua.

Tärkeimmät tuotantotilat ovat kiinteän teollisuusakkujen laitoksen käytössä. Kuitenkin noin 600 tyyppistä jännitekennoa kelloparistoista suljettuihin akkuihin valmistetaan konsernin tehtailla Instrument Battery Department -osastolla USA:ssa, Italiassa, Japanissa, Tšekin tasavallassa jne. ja takaa jatkuvan laadun maantieteellisestä sijainnista riippumatta. tehtaan sijainti. Ensimmäisen Kuun pinnalle astuneen ihmisen valokuvauskamera sai virtansa Vartan paristoista.

Kuluttajamme tuntevat ne melko hyvin ja niillä on jatkuva kysyntä.

HIT:n tekniset ominaisuudet koskevat Vartaa merkinnällä kotimaisia ​​analogeja on annettu taulukossa 1.9.

LUKU 2. AKUT

Akut ovat uudelleenkäytettäviä kemiallisia sähköenergian lähteitä. Ne koostuvat kahdesta elektrodista (positiivinen ja negatiivinen), elektrolyytistä ja kotelosta. Energian kerääntyminen akkuun tapahtuu elektrodien hapetus-pelkistysreaktion aikana. Kun akku on tyhjä, tapahtuu käänteisiä prosesseja. Akun jännite on akun napojen välinen potentiaaliero kiinteällä kuormituksella.

Bibliografia

1. Kaufman M., Sidman. A.G.
   Käytännön opas piirilaskelmiin elektroniikassa. Hakemisto. 2 osassa: Käännös. Englannista/Toim. F.N. Pokrovski. M.: Energoatomizdat, 1991. 368 s.
2. Tereshchuk R.M. jne. Pienet laitteet. Radioamatöörikäsikirja. K.: Naukova Dumka, 1975. 557 s.
3. Sena L.A. Fysikaalisten suureiden yksiköt ja niiden mitat. Opetus- ja ohjekirja. 3. painos, tarkistettu. ja ylimääräistä M.: Tiede. Ch. toim. fysiikka ja matematiikka lit., 1988. 432 s.
4. Deordiev S.S. Akut ja niiden hoito. K.: Tekniikka, 1985. 136 s.
5. Sähköalan hakuteos. 3 osassa T.2. Sähkötuotteet ja -laitteet/yleensä. toim. Moskovan voimatekniikan instituutin professorit (päätoimittaja I. N. Orlov) ym. 7. painos. 6 kierrosta ja ylimääräistä M.: Energoatomizdat, 1986. 712 s.
6. Digitaalinen ja analoginen integroidut piirit. Hakemisto. Ed. S. V. Yakubovski. M.: Radio ja viestintä, 1990. 496 s.
7. Semushkin S. Nykyiset lähteet ja niiden sovellus. "Radio", 1978. 2.3.
8. Veksler G.S. Virtalähdelaitteiden laskenta. K.: Technika, 1978. 208 s.
9. Lisovsky F.V., Kalugin I.K. Radioelektroniikan englanti-venäläinen sanakirja. 2. painos, tarkistettu. ja ylimääräistä OK. 63 000 termiä. M.: Venäjä. lang., 1987.
10. Bagotsky V.S., Skundin A.M. Kemialliset virtalähteet. M.: Energoizdat, 1981. 360 s.
11. Crompton T. Ensisijaiset virtalähteet. M.: Mir, 1986. 326 s.

Jatka lukemista

Erityyppiset galvaaniset kennot muuttavat kemiallisen energiansa sähkövirraksi. He saivat nimensä italialaisen tiedemiehen Galvanin kunniaksi, joka suoritti ensimmäiset tällaiset kokeet ja tutkimuksen. Sähköä syntyy kahden metallin (yleensä sinkin ja kuparin) kemiallisessa reaktiossa elektrolyytissä.

Toimintaperiaate

Tutkijat asettivat kupari- ja sinkkilevyn happosäiliöihin. Ne yhdistettiin johtimella, ensimmäiseen muodostui kaasukuplat ja toinen alkoi liueta. Tämä osoitti, että sähkövirta kulkee johtimen läpi. Galvanin jälkeen Volt ryhtyi kokeisiin. Hän loi lieriömäisen elementin, joka on samanlainen kuin pystysuora pylväs. Se koostui sinkistä, kuparista ja kangasrenkaista, jotka oli esikyllästetty hapolla. Ensimmäisen elementin korkeus oli 50 cm, ja sen tuottama jännite tunsi henkilö.

Toimintaperiaate on, että elektrolyyttisessä väliaineessa kaksi metallityyppiä ovat vuorovaikutuksessa, minkä seurauksena virta alkaa kulkea ulkoisen piirin läpi. Nykyaikaisia ​​galvaanisia kennoja ja akkuja kutsutaan akuiksi. Niiden jännite riippuu käytetystä metallista. Laite on sijoitettu pehmeästä metallilevystä valmistettuun sylinteriin. Elektrodit ovat verkkoja, joissa on hapettavaa ja pelkistävää sputterointia.

Kemiallisen energian muuntaminen sähköksi eliminoi mahdollisuuden palauttaa akkujen ominaisuuksia. Loppujen lopuksi, kun elementti toimii, reagensseja kuluu, mikä aiheuttaa virran pienenemisen. Pelkistävä aine on yleensä litiumin tai sinkin negatiivinen lyijy. Käytön aikana se menettää elektroneja. Positiivinen osa on valmistettu metallisuoloista tai magnesiumoksidista, se suorittaa hapettimen työn.

Normaaleissa olosuhteissa elektrolyytti ei päästä virtaa läpi, se hajoaa ioneiksi vain, kun piiri on suljettu. Tämä aiheuttaa johtavuuden ilmaantumisen. Elektrolyyttinä käytetään happoliuosta, natrium- tai kaliumsuoloja.

Elementtien lajikkeet

Paristoja käytetään laitteiden, laitteiden, laitteiden ja lelujen virtalähteenä. Kaavan mukaan kaikki galvaaniset elementit on jaettu useisiin tyyppeihin:

• suolaliuos;
• emäksinen;
• litium

Suosituimmat ovat sinkistä ja mangaanista valmistetut suolaparistot. Elementissä yhdistyvät luotettavuus, laatu ja kohtuullinen hinta. Mutta viime aikoina valmistajat ovat vähentäneet tai lopettaneet tuotantoaan kokonaan, koska kodinkoneita valmistavien yritysten vaatimukset niille kasvavat vähitellen. Tämän tyyppisten galvaanisten akkujen tärkeimmät edut:

• yleiset parametrit, jotka mahdollistavat niiden käytön eri alueilla;
• helppo käyttö;
• halpa;
• yksinkertaiset ehdot tuotanto;
• saatavilla olevia ja edullisia raaka-aineita.

Haittoja ovat lyhyt käyttöikä (enintään kaksi vuotta), ominaisuuksien heikkeneminen alhaisista lämpötiloista, kapasiteetin pieneneminen virran kasvaessa ja jännitteen lasku käytön aikana. Kun suolaparistot ovat tyhjät, ne voivat vuotaa, kun elektrodin positiivinen tilavuus työntää elektrolyytin ulos. Johtavuutta lisää grafiitti ja hiilimusta, aktiivinen seos koostuu mangaanidioksidista. Käyttöikä riippuu suoraan elektrolyytin tilavuudesta.

Viime vuosisadalla ilmestyivät ensimmäiset alkaliset alkuaineet. Hapettimen rooli niissä on mangaani, ja pelkistävä aine on sinkkijauhe. Akun runko on yhdistetty korroosion estämiseksi. Mutta elohopean käyttö kiellettiin, joten ne päällystettiin sinkkijauheen ja ruosteenestoaineiden seoksilla.

Galvaanisen kennon laitteen vaikuttava aine on nämä ovat sinkki, indium, lyijy ja alumiini. Aktiivimassa sisältää nokea, mangaania ja grafiittia. Elektrolyytti on valmistettu kaliumista ja natriumista. Kuivajauhe parantaa merkittävästi akun suorituskykyä. Alkalisilla on samat mitat kuin suolatyypeillä. Ne toimivat edelleen hyvin kovassakin pakkasessa.

Litiumkennoja käytetään nykyaikaisen teknologian teholähteenä. Ne valmistetaan paristojen ja akkujen muodossa eri kokoja. Ensimmäiset sisältävät kiinteää elektrolyyttiä, kun taas muut laitteet sisältävät nestemäistä elektrolyyttiä. Tämä vaihtoehto sopii laitteille, jotka vaativat vakaa jännite ja keskimääräiset nykyiset maksut. Litiumakut voidaan ladata useita kertoja, paristoja käytetään vain kerran, niitä ei avata.

Soveltamisala

Galvaanisten kennojen tuotannossa on useita vaatimuksia. Akkukotelon tulee olla luotettava ja tiivis. Elektrolyytti ei saa vuotaa ulos, eikä vieraita aineita saa päästää laitteeseen. Joissakin tapauksissa, kun nestettä vuotaa ulos, se syttyy tuleen. Vaurioitunutta tuotetta ei voi käyttää. Kaikkien akkujen mitat ovat lähes samat, vain akkujen koot eroavat. Elementit voivat olla eri muotoisia: lieriömäisiä, prismaisia ​​tai levyisiä.

Kaikilla laitteilla on yhteisiä etuja: ne ovat kompakteja ja kevyitä, mukautettuja eri käyttölämpötila-alueille, niillä on suuri kapasiteetti ja ne toimivat vakaasti erilaisissa olosuhteissa. On myös joitain haittoja, mutta ne liittyvät tietyntyyppisiin elementteihin. Suolaset eivät kestä kauan, litiumiset on suunniteltu siten, että ne voivat syttyä palamaan, jos ne ovat paineettomat.

Akkujen käyttökohteita on monia:

• digitaalitekniikka;
• Lasten lelut;
• lääketieteelliset laitteet;
• puolustus- ja ilmailuteollisuus;
• avaruustuotanto.

Galvaaniset kennot ovat helppokäyttöisiä ja edullisia. Joitakin tyyppejä on kuitenkin käsiteltävä huolellisesti, eikä niitä saa käyttää, jos ne ovat vaurioituneet. Ennen kuin ostat akkuja, sinun tulee tutustua huolellisesti niiden virtalähteen ohjeisiin.

Pienitehoiset sähköenergian lähteet

Galvaanikennoja ja akkuja käytetään kannettavien sähkö- ja radiolaitteiden virtalähteenä.

Galvaaniset kennot- nämä ovat yksittäisiä lähteitä, paristot- uudelleenkäytettävät lähteet.

Yksinkertaisin galvaaninen elementti

Yksinkertaisin elementti voidaan valmistaa kahdesta nauhasta: kuparista ja sinkistä, upotettuna rikkihapolla lievästi happamaksi tehtyyn veteen. Jos sinkki on tarpeeksi puhdasta ollakseen vapaa paikallisista reaktioista, mitään havaittavaa muutosta ei tapahdu ennen kuin kupari ja sinkki on yhdistetty langalla.

Nauhoilla on kuitenkin erilaiset potentiaalit toisiinsa nähden, ja kun ne yhdistetään johdolla, siihen ilmestyy a. Tämän toimenpiteen edetessä sinkkinauha liukenee vähitellen ja kuparielektrodin lähelle muodostuu kaasukuplia, jotka kerääntyvät sen pinnalle. Tämä kaasu on vetyä, joka muodostuu elektrolyytistä. Sähkövirta kulkee kuparinauhasta langan kautta sinkkinauhalle ja siitä elektrolyytin kautta takaisin kupariin.

Vähitellen elektrolyytin rikkihappo korvataan sinkkisulfaatilla, joka muodostuu sinkkielektrodin liuenneesta osasta. Tästä johtuen elementin jännite pienenee. Vielä suuremman jännitteen pudotuksen aiheuttaa kuitenkin kaasukuplien muodostuminen kuparille. Molemmat nämä toimet tuottavat "polarisaatiota". Tällaisilla elementeillä ei ole juuri mitään käytännön merkitystä.

Galvaanikennojen tärkeät parametrit

Galvaanikennojen tuottaman jännitteen suuruus riippuu vain niiden tyypistä ja rakenteesta, eli elektrodien materiaalista ja elektrolyytin kemiallisesta koostumuksesta, mutta ei riipu elementtien muodosta ja koosta.

Galvaanisen kennon tuottaman virran määrää rajoittaa sen sisäinen vastus.

Erittäin tärkeä galvaanisen kennon ominaisuus on. Sähkökapasiteetilla tarkoitetaan sähkön määrää, jonka galvaaninen tai akkukenno pystyy tuottamaan koko toimintansa aikana eli ennen lopullista purkausta.

Elementin antama kapasiteetti määritetään kertomalla ampeereina ilmaistu purkausvirta tunteina, jonka aikana elementti purkautui ennen purkauksen alkamista. täysi purkaus. Siksi sähköinen kapasiteetti ilmaistaan ​​aina ampeeritunteina (A x h).

Elementin kapasiteetin perusteella voit myös määrittää etukäteen, kuinka monta tuntia se toimii ennen kuin se tyhjenee kokonaan. Tätä varten sinun on jaettava kapasiteetti tälle elementille sallitulla purkausvirralla.

Sähköinen kapasitanssi ei kuitenkaan ole täysin vakioarvo. Se vaihtelee melko laajoissa rajoissa riippuen elementin käyttöolosuhteista (tilasta) ja lopullisesta purkausjännitteestä.

Jos elementti puretaan suurimmalla virralla ja keskeytyksettä, se antaa huomattavasti vähemmän kapasiteettia. Päinvastoin, kun sama elementti puretaan pienemmällä virralla ja usein ja suhteellisen pitkillä tauoilla, elementti luopuu täyden kapasiteetistaan.

Mitä tulee loppupurkausjännitteen vaikutukseen elementin kapasitanssiin, on pidettävä mielessä, että galvaanisen kennon purkauksen aikana sen käyttöjännite ei pysy samalla tasolla, vaan pienenee vähitellen.

Yleisiä galvaanisten kennojen tyyppejä

Yleisimmät galvaaniset kennot ovat mangaani-sinkki-, mangaani-ilma-, sinkki-ilma- ja elohopea-sinkkijärjestelmät, joissa on suolaa ja alkalisia elektrolyyttejä. Kuivien mangaani-sinkkikennojen, joissa on suolaelektrolyytti, alkujännite on 1,4 - 1,55 V, toiminta-aika ympäristön lämpötiloissa -20 - -60 o C 7 tunnista 340 tuntiin.

Kuivien mangaani-sinkki- ja sinkki-ilmakennojen, joissa on alkalinen elektrolyytti, jännite on 0,75 - 0,9 V ja käyttöaika 6 tunnista 45 tuntiin.

Kuivien elohopea-sinkkikennojen alkujännite on 1,22–1,25 V ja käyttöaika 24–55 tuntia.

Suurin takuuaika Kuivien elohopea-sinkkielementtien säilyvyys on jopa 30 kuukautta.

Nämä ovat toissijaisia ​​galvaanisia kennoja.Toisin kuin galvaaniset kennot, akussa ei tapahdu kemiallisia prosesseja välittömästi kokoamisen jälkeen.

Joten liikenteeseen liittyvät kemialliset reaktiot alkavat akussa sähkövaraukset, sinun on muutettava sen elektrodien (ja osittain elektrolyytin) kemiallista koostumusta vastaavasti. Tämä muutos elektrodien kemiallisessa koostumuksessa tapahtuu akun läpi kulkevan sähkövirran vaikutuksesta.

Siksi, jotta akku voisi tuottaa sähkövirtaa, se on ensin "varattava" tasavirralla jostain ulkoisesta virtalähteestä.

Akut eroavat suotuisasti perinteisistä galvaanisista kennoista myös siinä, että ne voidaan ladata uudelleen purkauksen jälkeen. Hyvällä hoidolla ja normaaleissa käyttöolosuhteissa akut kestävät jopa useita tuhansia lataus- ja purkukertoja.
Akkulaite

Tällä hetkellä lyijy- ja kadmium-nikkeli-akkuja käytetään useimmiten käytännössä. Ensin mainitulle elektrolyytti on rikkihapon liuos ja jälkimmäiselle alkaliliuos vedessä. Lyijyakkuja kutsutaan myös happoparistoiksi, ja nikkeli-kadmiumparistoja kutsutaan alkaliparistoksi.

Paristojen toimintaperiaate perustuu elektrodien polarisaatioon. Yksinkertaisin happoakku on suunniteltu seuraavasti: nämä ovat kaksi elektrolyyttiin upotettua lyijylevyä. Kemiallisen substituutioreaktion seurauksena levyt peitetään kevyellä lyijysulfaattipinnoitteella PbSO4, kuten seuraa kaavasta Pb + H 2 SO 4 = PbSO 4 + H 2.

Happoakku laite

Tämä levyjen tila vastaa tyhjentynyttä akkua. Jos nyt kytket akun päälle latausta varten, eli liität sen generaattoriin tasavirta, silloin levyjen polarisaatio alkaa siinä elektrolyysin vuoksi. Akun latauksen seurauksena sen levyt polarisoituvat, eli ne muuttavat pintansa ainetta ja muuttuvat homogeenisista (PbSO 4) erilaisiksi (Pb ja Pb O 2).

Akusta tulee virran lähde, ja sen positiivinen elektrodi on lyijydioksidilla päällystetty levy ja negatiivinen elektrodi puhdas lyijylevy.

Varauksen loppua kohti elektrolyyttipitoisuus kasvaa, koska siihen ilmaantuu lisää rikkihappomolekyylejä.

Tämä on yksi lyijyakun ominaisuuksista: sen elektrolyytti ei pysy neutraalina ja itse osallistuu kemiallisiin reaktioihin akun käytön aikana.

Purkauksen loppua kohti molemmat akkulevyt peitetään jälleen lyijysulfaatilla, minkä seurauksena akku lakkaa olemasta virran lähde. Akkua ei koskaan saatettu tähän tilaan. Johtuen lyijysulfaatin muodostumisesta levyille, elektrolyyttipitoisuus purkauksen lopussa laskee. Jos laitat akun lataukseen, voit taas aiheuttaa polarisaatiota saadaksesi sen uudelleen purkautumaan jne.

Kuinka ladata akku

Akkujen lataamiseen on useita tapoja. Yksinkertaisin on normaali akun lataus, joka tapahtuu seuraavasti. Aluksi 5-6 tunnin ajan lataus suoritetaan kaksinkertaisella normaalivirralla, kunnes kunkin akkupankin jännite saavuttaa 2,4 V.

Normaali latausvirta määräytyy kaavasta I lataus = Q/16

Missä Q - akun nimelliskapasiteetti, Ah.

Tämän jälkeen latausvirta laskee normaaliarvoon ja lataus jatkuu 15 - 18 tuntia, kunnes latauksen päättymisen merkkejä ilmaantuu.

Nykyaikaiset akut

Kadmium-nikkeli- tai alkaliparistot ilmestyivät paljon myöhemmin kuin lyijyakut ja ovat niihin verrattuna kehittyneempiä kemiallisia virtalähteitä. Alkaliparistojen tärkein etu lyijyakkuihin verrattuna on niiden elektrolyytin kemiallinen neutraalisuus levyjen aktiivisten massojen suhteen. Tästä johtuen alkaliparistojen itsepurkautuminen on paljon pienempi kuin lyijyakkujen. Alkaliparistojen toimintaperiaate perustuu myös elektrodien polarisaatioon elektrolyysin aikana.

Radiolaitteiden virtalähteeksi valmistetaan suljettuja kadmium-nikkeli-akkuja, jotka toimivat -30 - +50 o C lämpötiloissa ja kestävät 400 - 600 lataus-purkausjaksoa. Nämä akut on valmistettu kompakteista suuntaissärmiöistä ja levyistä, joiden massa on useita grammoja kilogrammaan.

Ne tuottavat nikkeli-vetyparistoja autonomisten laitosten virransyöttöä varten. Nikkelivety-akun ominaisenergia on 50 - 60 Wh kg -1.