Galvaniskie elementi. Veidi un ierīce. Darbs un funkcijas. Galvaniskie elementi un baterijas - ierīce, darbības princips, veidi Kas attiecas uz galvaniskajām baterijām - enerģijas uzkrāšanas ierīcēm

Galvanisko elementu rašanās priekšnoteikumi. Nedaudz vēstures. 1786. gadā itāļu medicīnas profesors, fiziologs Luidži Aloisio Galvani atklāja interesantu parādību: tikko atvērta vardes līķa pakaļkāju muskuļi, kas iekārti uz vara āķiem, saraujās, zinātniekam pieskaroties tiem ar tērauda skalpeli. Galvani uzreiz secināja, ka tā ir "dzīvnieku elektrības" izpausme.

Pēc Galvani nāves viņa laikabiedrs Alesandro Volta, būdams ķīmiķis un fiziķis, apraksta un publiski demonstrēs reālistiskāku elektriskās strāvas ģenerēšanas mehānismu, kad saskaras dažādi metāli.

Volta pēc virknes eksperimentu nonāks pie nepārprotama secinājuma, ka ķēdē parādās strāva, jo tajā atrodas divi šķidrumā ievietoti dažādu metālu vadītāji, un tā nebūt nav “dzīvnieku elektrība”, kā saka Galvani. domāja. Vardes kāju raustīšanās bija dažādu metālu (vara āķu un tērauda skalpeli) saskares rezultātā radušās strāvas iedarbības sekas.

Volta parādīs tās pašas parādības, ko Galvani demonstrēja uz beigtas vardes, bet uz pilnīgi nedzīva paštaisīta elektrometra, un 1800. gadā sniegs precīzu strāvas rašanās skaidrojumu: “pa vidu atrodas otrās šķiras (šķidruma) vadītājs. un saskaras ar diviem pirmās klases vadītājiem no diviem dažādiem metāliem... Rezultātā vienā vai otrā virzienā rodas elektriskā strāva.”

Vienā no saviem pirmajiem eksperimentiem Volta iemērca divas plāksnes - cinku un varu - skābes burkā un savienoja tās ar stiepli. Pēc tam cinka plāksne sāka šķīst, un uz vara tērauda izdalījās gāzes burbuļi. Volta ierosināja un pierādīja, ka elektriskā strāva plūst caur vadu.

Tā tika izgudrots “Volta elements” - pirmais galvaniskais elements. Ērtības labad Volta tai piešķīra vertikāla cilindra (kolonnas) formu, kas sastāv no savstarpēji savienotiem cinka, vara un auduma gredzeniem, kas iemērc skābē. Pusmetru augsta volta kolonna radīja spriegumu, kas bija jutīgs pret cilvēkiem.

Kopš pētījumu uzsāka Luidži Galvani, vārds saglabāja viņa piemiņu savā vārdā.

Galvaniskā šūna ir ķīmisks elektriskās strāvas avots, kura pamatā ir divu metālu un/vai to oksīdu mijiedarbība elektrolītā, izraisot elektriskās strāvas parādīšanos slēgtā ķēdē. Tādējādi galvaniskajās šūnās ķīmiskā enerģija tiek pārveidota par elektroenerģiju.

Galvaniskās šūnas mūsdienās

Galvaniskās šūnas mūsdienās sauc par baterijām. Plaši tiek izmantoti trīs veidu akumulatori: sāls (sauss), sārma (tos sauc arī par sārmu, "alkaline" tulkojumā no angļu valodas kā "alkaline") un litija baterijas. To darbības princips ir tāds pats, kā Volta 1800. gadā aprakstīja: divi metāli, un ārējā slēgtā ķēdē rodas elektriskā strāva.

Akumulatora spriegums ir atkarīgs gan no izmantotajiem metāliem, gan no elementu skaita “akumulatorā”. Baterijas, atšķirībā no akumulatoriem, nespēj atjaunot savas īpašības, jo tās ķīmisko enerģiju, tas ir, akumulatoru veidojošo reaģentu (reducētāja un oksidētāja) enerģiju, tieši pārvērš elektroenerģijā.

Akumulatorā iekļautie reaģenti tiek patērēti tā darbības laikā, un strāva pakāpeniski samazinās, tāpēc avota iedarbība beidzas pēc tam, kad reaģenti ir pilnībā reaģējuši.

Sārma un sāls šūnas (baterijas) tiek plaši izmantotas, lai darbinātu dažādas elektroniskās ierīces, radioiekārtas, rotaļlietas un litiju visbiežāk var atrast pārnēsājamās medicīnas ierīcēs, piemēram, glikometros, vai digitālās iekārtās, piemēram, kamerās.

Mangāna-cinka elementi, ko sauc par sāls baterijām, ir “sausie” galvaniskie elementi, kas nesatur šķidru elektrolīta šķīdumu.

Cinka elektrods (+) ir stikla formas katods, un anods ir pulverveida mangāna dioksīda un grafīta maisījums. Caur grafīta stieni plūst strāva. Elektrolīts ir amonija hlorīda šķīduma pasta, kurai pievienota ciete vai milti, lai to sabiezinātu tā, lai nekas netek.

Parasti akumulatoru ražotāji nenorāda precīzu sāls elementu sastāvu, tomēr sāls baterijas ir lētākās, tās parasti izmanto ierīcēs, kur enerģijas patēriņš ir ārkārtīgi zems: pulksteņos, tālvadības pultī tālvadība, elektroniskajos termometros utt.

Jēdziens “nominālā jauda” tiek reti izmantots, lai raksturotu cinka-mangāna akumulatorus, jo to jauda lielā mērā ir atkarīga no darbības režīmiem un apstākļiem. Šo elementu galvenie trūkumi ir ievērojams sprieguma samazināšanās ātrums visā izlādes laikā un ievērojams piegādātās jaudas samazinājums, palielinoties izlādes strāvai. Galīgais izlādes spriegums tiek iestatīts atkarībā no slodzes diapazonā no 0,7 līdz 1,0 V.

Svarīgs ir ne tikai izlādes strāvas lielums, bet arī slodzes laika grafiks. Ar periodisku izlādi pie lielas un vidējas strāvas akumulatoru veiktspēja ievērojami palielinās, salīdzinot ar nepārtrauktu darbību. Taču pie zemām izlādes strāvām un mēnešiem ilgiem darbības pārtraukumiem to jauda var samazināties pašizlādes rezultātā.

Iepriekš redzamajā grafikā ir parādītas vidējas sāls akumulatora izlādes līknes 4, 10, 20 un 40 stundu laikā, lai salīdzinātu ar sārma akumulatoru. mēs parunāsim Tālāk.

Sārma akumulators ir mangāna-cinka volta akumulators, kas izmanto mangāna dioksīdu kā katodu, pulverveida cinku kā anodu un sārma šķīdumu, parasti kālija hidroksīda pastas veidā, kā elektrolītu.

Šīm baterijām ir vairākas priekšrocības (jo īpaši ievērojami lielāka kapacitāte, labākais darbs zemā temperatūrā un pie lielām slodzes strāvām).

Sārma baterijas, salīdzinot ar sāls baterijām, var nodrošināt lielāku strāvu ilgāku laiku. Lielāka strāva kļūst iespējama, jo cinks šeit tiek izmantots nevis stikla veidā, bet gan pulvera veidā, kam ir lielāks kontakta laukums ar elektrolītu. Kā elektrolītu izmanto kālija hidroksīdu pastas veidā.

Tieši pateicoties šāda veida galvanisko elementu spējai ilgstoši piegādāt ievērojamu strāvu (līdz 1 A), mūsdienās visizplatītākās ir sārma baterijas.

Elektriskās rotaļlietas, pārnēsājamas medicīnas iekārtas, elektroniskās ierīces un kameras izmanto sārma baterijas. Tie kalpo 1,5 reizes ilgāk nekā sāls, ja izlāde ir vāja. Grafiks parāda izlādes līknes pie dažādām strāvām, lai salīdzinātu ar sāls akumulatoru (grafiks tika parādīts iepriekš) 4, 10, 20 un 40 stundas.

Litija baterijas

Vēl viens diezgan izplatīts volta elementu veids ir litija baterijas - atsevišķi neuzlādējami sprieguma elementi, kas izmanto litiju vai tā savienojumus kā anodu. Pateicoties sārmu metāla izmantošanai, tiem ir liela potenciālu atšķirība.

Litija elementa katods un elektrolīts var būt ļoti dažādi, tāpēc termins "litija šūna" apvieno elementu grupu ar vienu un to pašu anoda materiālu. Piemēram, kā katodu var izmantot mangāna dioksīdu, oglekļa monofluorīdu, pirītu, tionilhlorīdu utt.

Litija baterijas atšķiras no citām baterijām ar ilgu kalpošanas laiku un augstajām izmaksām. Atkarībā no izvēlētā izmēra un izmantotajām ķīmiskajām vielām litija baterija var radīt spriegumu no 1,5 V (saderīgs ar sārma baterijām) līdz 3,7 V.

Šīm baterijām ir vislielākā ietilpība uz svara vienību un ilgs glabāšanas laiks. Litija elementi tiek plaši izmantoti mūsdienu portatīvajās elektroniskajās iekārtās: pulksteņu barošanai mātesplatēm datori portatīvo medicīnisko ierīču, rokas pulksteņu, kalkulatoru, fototehnikas u.c. barošanai.

Iepriekš redzamajā grafikā parādītas divu populāru ražotāju divu litija bateriju izlādes līknes. Sākotnējā strāva bija 120 mA (uz vienu rezistoru aptuveni 24 omi).

Kizils, TSU

KOPSAVILKUMS

Tēma: "Galvaniskie elementi. Baterijas."

Sastādītājs: Spiridonova V.A.

I gads, IV gr., FMF

Pārbaudīja: Kendivan O.D.

2001. gads

I. Ievads

II. Galvaniskās strāvas avoti

1. Galvanisko elementu veidi

III. Baterijas

1. Skābs

2. Sārmains

3. Aizzīmogots niķelis-kadmijs

4. Aizzīmogots

5. DRYFIT tehnoloģijas akumulatori

IEVADS

Ķīmiskie strāvas avoti (CHS) daudzus gadus

stingri iekļuva mūsu dzīvē. Ikdienā patērētājs reti pievērš uzmanību

pievērst uzmanību atšķirībām starp izmantotajiem HIT. Viņam šīs ir baterijas un

baterijas. Tos parasti izmanto tādās ierīcēs kā

lukturīši, rotaļlietas, radioaparāti vai automašīnas.

Gadījumā, ja enerģijas patēriņš ir relatīvs

ir liels (10Ah), tiek izmantoti akumulatori, galvenokārt skābes,

kā arī niķeļa-dzelzs un niķeļa-kadmija. Tie tiek izmantoti

portatīvie datori (klēpjdatori, piezīmjdatori, plaukstdatori), valkājamas ierīces

komunikācijas, avārijas apgaismojums utt.

Pēdējos gados šādas baterijas ir plaši izmantotas

rezerves barošanas avoti datoriem un elektromehāniskajiem

sistēmas, kas uzglabā enerģiju iespējamām maksimālās slodzes vajadzībām

un vitāli svarīgu sistēmu avārijas elektroapgāde.

GALVĀNISKĀS Strāvas AVOTI

Vienreizlietojamie galvaniskās strāvas avoti

ir vienots konteiners, kurā

satur aktīvās vielas absorbētu elektrolītu

separators un elektrodi (anods un katods), tāpēc tos sauc

sausie elementi. Šis termins tiek lietots saistībā ar

visas šūnas, kas nesatur šķidru elektrolītu. Uz parasto

Sausie elementi ietver oglekļa-cinka elementus.

Sausās šūnas tiek izmantotas zemām strāvām un ar pārtraukumiem

darbības režīmi. Tāpēc šādi elementi tiek plaši izmantoti

telefoni, rotaļlietas, signalizācijas sistēmas utt.

Jebkuras galvaniskās šūnas darbības pamatā ir redoksreakcijas rašanās tajā. Vienkāršākajā formā galvaniskais elements sastāv no divām plāksnēm vai stieņiem, kas izgatavoti no dažādiem metāliem un iegremdēti elektrolīta šķīdumā. Šāda sistēma ļauj telpiski atdalīt redoksreakciju: uz viena metāla notiek oksidēšanās, bet uz cita - reducēšana. Tādējādi elektroni tiek pārnesti no reducētāja uz oksidētāju caur ārējo ķēdi.

Apsveriet, piemēram, vara-cinka galvanisko elementu, ko darbina iepriekš minētās cinka un vara sulfāta reakcijas enerģija. Šī šūna (Jacobi-Daniel šūna) sastāv no vara plāksnes, kas iegremdēta vara sulfāta šķīdumā (vara elektrods), un cinka plāksnes, kas iegremdēta cinka sulfāta šķīdumā (cinka elektrods). Abi šķīdumi saskaras viens ar otru, bet, lai nesajauktos, tie ir atdalīti ar starpsienu no poraina materiāla.

Kad elements darbojas, t.i. kad ķēde ir aizvērta, cinks tiek oksidēts: uz tā saskares virsmas ar šķīdumu cinka atomi pārvēršas jonos un, hidratējot, nonāk šķīdumā. Šajā gadījumā atbrīvotie elektroni pārvietojas pa ārējo ķēdi uz vara elektrodu. Visu šo procesu kopumu shematiski attēlo pusreakcijas vienādojums jeb elektroķīmiskais vienādojums:

Vara jonu samazināšana notiek pie vara elektroda. Elektroni, kas šeit nāk no cinka elektroda, apvienojas ar dehidratējošajiem vara joniem, kas izplūst no šķīduma; vara atomi veidojas un izdalās kā metāls. Atbilstošais elektroķīmiskais vienādojums ir:

Elementā notiekošās reakcijas kopējo vienādojumu iegūst, saskaitot abu pusreakciju vienādojumus. Tādējādi galvaniskās šūnas darbības laikā elektroni no reducētāja caur ārējo ķēdi pāriet uz oksidētāju, pie elektrodiem notiek elektroķīmiskie procesi, un šķīdumā tiek novērota jonu virziena kustība.

Elektrodu, pie kura notiek oksidēšanās, sauc par anodu (cinku). Elektrodu, pie kura notiek reducēšana, sauc par katodu (vara).

Principā jebkura redoksreakcija var radīt elektrisko enerģiju. Tomēr reakciju skaits

praktiski izmantots ķīmiskajos elektroenerģijas avotos ir mazs. Tas ir saistīts ar faktu, ka ne katra redoksreakcija ļauj izveidot galvanisko elementu ar tehniski vērtīgām īpašībām. Turklāt daudzām redoksreakcijām ir nepieciešams patērēt dārgas vielas.

Atšķirībā no vara-cinka elementa, visi mūsdienu galvaniskie elementi un baterijas izmanto nevis divus, bet vienu elektrolītu; Šādus strāvas avotus ir daudz ērtāk izmantot.

GALVĀNISKO ŠŪNU VEIDI

Oglekļa-cinka elementi

Akmeņogļu-cinka elementi (mangāna-cinka) ir

visizplatītākie sausie elementi. Akmeņoglēs-cinkā

elementi izmanto pasīvo (oglekļa) strāvas kolektoru

kontakts ar anodu, kas izgatavots no mangāna dioksīda (MnO2), elektrolīts izgatavots no

amonija hlorīds un cinka katods. Elektrolīts ir iekšā

pastas veidā vai piesūcina porainu diafragmu.

Šāds elektrolīts nav ļoti mobils un neizplatās, tāpēc

elementus sauc par sausiem.

Ogļu-cinka elementi tiek “atjaunoti” laikā

pārtraukums no darba. Šī parādība ir saistīta ar pakāpenisku

lokālo neviendabīgumu izlīdzināšana sastāvā

elektrolīts, kas rodas izlādes procesā. Rezultātā

periodiska "atpūta" tiek pagarināts elementa kalpošanas laiks.

Oglekļa-cinka elementu priekšrocība ir to

salīdzinoši zemas izmaksas. Līdz būtiskiem trūkumiem

jāiekļauj ievērojams sprieguma samazinājums izlādes laikā,

zema īpatnējā jauda (5...10 W/kg) un īss kalpošanas laiks

uzglabāšana

Zema temperatūra samazina efektivitāti

galvaniskās šūnas un akumulatora iekšējā apkure

palielinās. Temperatūras paaugstināšanās izraisa cinka elektroda ķīmisko koroziju, ko izraisa elektrolītā esošais ūdens, un elektrolīta izžūšanu. Šos faktorus var nedaudz kompensēt, turot akumulatoru paaugstinātā temperatūrā un caur iepriekš izveidotu caurumu šūnā ievadot sāls šķīdumu.

Sārma elementi

Tāpat kā oglekļa-cinka elementi, sārma elementi izmanto MnO2 anodu un cinka katodu ar atdalītu elektrolītu.

Atšķirība starp sārma elementiem un oglekļa-cinka elementiem ir

sārmaina elektrolīta izmantošanā, kā rezultātā

Gāzes izplūdes laikā praktiski nenotiek, un tās var būt

jābūt aizzīmogotām, kas daudziem no tiem ir ļoti svarīgi

lietojumprogrammas.

Dzīvsudraba elementi

Dzīvsudraba elementi ir ļoti līdzīgi sārma elementiem. Viņos

Tiek izmantots dzīvsudraba oksīds (HgO). Katods sastāv no pulvera maisījuma

cinks un dzīvsudrabs. Anodu un katodu atdala separators un diafragma,

iemērc 40% sārmu šķīdumā.

Tā kā dzīvsudrabs ir maz un toksisks, dzīvsudraba elementi nav

pēc pilnīgas izlietošanas tie jāizmet. Viņiem ir

doties uz pārstrādi.

Sudraba elementi

Viņiem ir "sudraba" katodi, kas izgatavoti no Ag2O un AgO.

Litija šūnas

Viņi izmanto litija anodus, organisko elektrolītu

un katodi, kas izgatavoti no dažādiem materiāliem. Viņiem ir ļoti lieli

glabāšanas laiks, augsts enerģijas blīvums un darbspēja

plašā temperatūras diapazonā, jo tie nesatur ūdeni.

Tā kā litijam ir vislielākais negatīvais potenciāls

attiecībā uz visiem metāliem, litija elementiem

ko raksturo augstākais nominālais spriegums pie

minimālie izmēri.

Jonu vadītspēja tiek nodrošināta, ievadot iekšā

Sāļu šķīdinātāji ar lieliem anjoniem.

Litija elementu trūkumi ietver to

salīdzinoši augstas izmaksas augstās cenas dēļ

litijs, īpašas prasības to ražošanai (nepieciešamība

inertā atmosfērā, neūdens šķīdinātāju attīrīšana). Vajadzētu

Ņem vērā arī to, ka dažas litija šūnas, kad

ir sprādzienbīstami, ja tiek atvērti.

Litija elementi tiek plaši izmantoti rezerves barošanas avotos atmiņas shēmām, mērinstrumentiem un citām augsto tehnoloģiju sistēmām.

BATERIJAS

Baterijas ir ķīmiski avoti

atkārtoti lietojama elektroenerģija. Tie sastāv no

divi elektrodi (pozitīvs un negatīvs), elektrolīts

un korpusi. Enerģijas uzkrāšanās akumulatorā notiek, kad

ķīmiskās oksidācijas-reducēšanas reakcijas rašanās

elektrodi. Kad akumulators ir izlādējies, notiek otrādi

procesi. Akumulatora spriegums ir potenciālu starpība

starp akumulatora poliem pie fiksētas slodzes.

Lai iegūtu pietiekami lielas sprieguma vērtības vai

uzlāde, atsevišķi akumulatori ir savienoti viens ar otru

sērijveidā vai paralēli akumulatoriem. Ir vairāki

vispārpieņemtie spriegumi baterijas: 2; 4; 6;

Mēs aprobežosimies, ņemot vērā šādas baterijas:

skābes akumulatori izgatavoti pēc tradicionālajiem

tehnoloģijas;

stacionārs vads un piedziņa (automobiļu un

traktors);

aizzīmogoti bezapkopes akumulatori, aizzīmogoti

niķeļa-kadmija un skābes "dryfit" A400 un A500 (želejveida

elektrolīts).

SKĀBES BATERIJAS

Piemēram, apsveriet lietošanai gatavu svina-skābes akumulatoru. Tas sastāv no režģa svina plāksnēm, no kurām dažas ir piepildītas ar svina dioksīdu, bet citas ar metāla sūkļa svinu. Plāksnes iegremdē 35-40% H2SO4 šķīdumā; pie šīs koncentrācijas sērskābes šķīduma īpatnējā elektrovadītspēja ir maksimālā.

Kad akumulators darbojas - kad tas ir izlādējies - tajā notiek oksidācijas-reducēšanās reakcija, kuras laikā tiek oksidēts metāla svins:

Pb + SO4 = PbSO4 + 2e-

Un svina dioksīds tiek samazināts:

Pb + SO4 + 4H+ + 2e- = PbSO4 + 2H2O

Elektronus, ko oksidācijas laikā atdod metāliskie svina atomi, reducēšanas laikā pieņem svina atomi PbO2; elektroni tiek pārnesti no viena elektroda uz otru caur ārēju ķēdi.

Tādējādi svina metāls kalpo kā anods svina akumulatorā un ir negatīvi uzlādēts, un PbO2 kalpo kā katods un ir pozitīvi uzlādēts.

Iekšējā ķēdē (H2SO4 šķīdumā) akumulatora darbības laikā notiek jonu pārnešana. SO42 joni virzās uz anodu, un H+ joni virzās uz katodu. Šīs kustības virzienu nosaka elektriskais lauks, kas rodas elektrodu procesu rašanās rezultātā: anodā tiek patērēti anjoni, bet katoda - katjoni. Rezultātā šķīdums paliek elektriski neitrāls.

Ja mēs saskaitām vienādojumus, kas atbilst svina oksidācijai un PbO2 samazinājumam, mēs iegūstam kopējo reakcijas vienādojumu,

noplūde svina-skābes akumulatorā tā darbības laikā (izlāde):

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

E.m.f. uzlādēta svina-skābes akumulatora spriegums ir aptuveni 2 V. Kad akumulators izlādējas, tiek patērēti tā katoda (PbO2) un anoda (Pb) materiāli. Tiek patērēta arī sērskābe. Tajā pašā laikā akumulatora spaiļu spriegums samazinās. Kad tas kļūst mazāks par darbības apstākļu atļauto vērtību, akumulators tiek atkārtoti uzlādēts.

Lai uzlādētu (vai uzlādētu), akumulators ir pievienots ārējais avots strāva (pluss līdz plus un mīnuss mīnuss). Šajā gadījumā strāva plūst caur akumulatoru virzienā, kas ir pretējs tam, kurā tā plūst, kad akumulators bija izlādējies. Tā rezultātā elektroķīmiskie procesi uz elektrodiem tiek “apgriezti”. Svina elektrods tagad tiek reducēts

PbSO4 + 2e- = Pb + SO4

tie. Šis elektrods kļūst par katodu. Oksidācijas process notiek uz PbO2 elektroda

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

tāpēc šis elektrods tagad ir anods. Šķīdumā esošie joni pārvietojas virzienos, kas ir pretēji tiem, kuros tie pārvietojās, kad darbojās akumulators.

Saskaitot pēdējos divus vienādojumus, iegūstam vienādojumu reakcijai, kas notiek, uzlādējot akumulatoru:

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

Ir viegli redzēt, ka šis process ir pretējs tam, kas notiek akumulatora darbības laikā: kad akumulators ir uzlādēts, tas atkal ražo tā darbībai nepieciešamās vielas.

Svina-skābes akumulatori parasti ir savienoti akumulatorā, kas

ievietots monoblokā, kas izgatavots no ebonīta, termoplastmasas, polipropilēna,

polistirols, polietilēns, asfalta piķa sastāvs, keramika

vai stikls.

Viena no svarīgākajām akumulatora īpašībām ir

kalpošanas laiks vai kalpošanas laiks (ciklu skaits). Pasliktināšanās

akumulatora parametrus un kļūmes izraisa galvenokārt

režģa korozijas un aktīvās masas slīdēšanas rinda

pozitīvs elektrods. Akumulatora darbības laiks ir noteikts

galvenokārt pēc pozitīvo plākšņu veida un apstākļiem

darbību.

Svina-skābes akumulatoru uzlabojumi norisinās

jaunu režģu sakausējumu (piemēram, svina-kalcija), vieglu un izturīgu korpusa materiālu izpēte

(piemēram, uz propilēna-etilēna kopolimēra bāzes), uzlabojumi

separatoru kvalitāte.

SĀRMA BATERIJAS

Sudrabs-cinks.

Tiem ir labas elektriskās īpašības, mazs svars un tilpums. Elektrodi tajos ir sudraba oksīdi Ag2O, AgO (katods) un sūkļa cinks (anods); Elektrolīts ir KOH šķīdums.

Bateriju darbības laikā cinks tiek oksidēts, pārvēršoties par ZnO un Zn(OH)2, un sudraba oksīds tiek reducēts par metālu. Kopējo reakciju, kas notiek, kad akumulators ir izlādējies, var aptuveni izteikt ar vienādojumu:

AgO + Zn = Ag + ZnO

E.m.f. Uzlādēta sudraba-cinka akumulatora spriegums ir aptuveni 1,85 V. Kad spriegums nokrītas līdz 1,25 V, akumulators tiek uzlādēts. Šajā gadījumā procesi uz elektrodiem tiek “apgriezti”: cinks tiek reducēts, sudrabs tiek oksidēts - atkal tiek iegūtas akumulatora darbībai nepieciešamās vielas.

Kadmijs-niķelis un dzelzs-niķelis.

CN un ZHN ir ļoti līdzīgi viens otram. To galvenā atšķirība ir negatīvo elektrodu plākšņu materiāls; KN akumulatoros tie ir kadmijs, bet ZhN akumulatoros tie ir dzelzs. Visplašāk tiek izmantoti KN akumulatori.

Sārma baterijas galvenokārt ražo ar lameļu elektrodiem. Tajos aktīvās masas ir ieliktas lamelās - plakanās kastēs ar caurumiem. Uzlādēta akumulatora pozitīvo plākšņu aktīvā masa galvenokārt sastāv no hidratēta niķeļa oksīda (Ni) Ni2O3 x H2O vai NiOOH. Turklāt tas satur grafītu, ko pievieno, lai palielinātu elektrovadītspēju. KN akumulatoru negatīvo plākšņu aktīvā masa sastāv no sūkļa kadmija maisījuma ar dzelzs pulveri, bet ZhN akumulatoriem - no reducēta dzelzs pulvera. Elektrolīts ir kālija hidroksīda šķīdums, kas satur nelielu daudzumu LiOH.

Apskatīsim procesus, kas notiek KN akumulatora darbības laikā. Kad akumulators izlādējas, kadmijs oksidējas.

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

Un NiOOH tiek atjaunots:

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

Šajā gadījumā elektroni tiek pārnesti no kadmija elektroda uz niķeļa elektrodu pa ārējo ķēdi. Kadmija elektrods kalpo kā anods un ir negatīvi uzlādēts, un niķeļa elektrods kalpo kā katods un ir pozitīvi uzlādēts.

Kopējo reakciju, kas notiek KN akumulatorā tās darbības laikā, var izteikt ar vienādojumu, ko iegūst, saskaitot pēdējos divus elektroķīmiskos vienādojumus:

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

E.m.f. uzlādēta niķeļa-kadmija akumulatora spriegums ir aptuveni 1,4 V. Akumulatoram darbojoties (izlādējoties), spriegums tā spailēs samazinās. Kad tas nokrītas zem 1V, akumulators tiek uzlādēts.

Uzlādējot akumulatoru, elektroķīmiskie procesi pie tā elektrodiem tiek “apgriezti”. Metāla reducēšana notiek pie kadmija elektroda

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

Uz niķeļa - niķeļa hidroksīda (P) oksidēšana:

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

Kopējā reakcija uzlādes laikā ir pretēja reakcijai, kas notiek izlādes laikā:

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

BLOVĒTAS NIĶEĻA-KADMIJA AKUMULATORIJAS

Īpaša niķeļa-kadmija bateriju grupa ir noslēgtas baterijas. Uzlādes beigās izdalītais skābeklis oksidē kadmiju, tāpēc spiediens akumulatorā nepalielinās. Skābekļa veidošanās ātrumam jābūt zemam, tāpēc akumulators tiek uzlādēts ar salīdzinoši zemu strāvu.

Aizzīmogotās baterijas ir sadalītas diskā,

cilindrisks un taisnstūrveida.

Slēgtas taisnstūrveida niķeļa-kadmija baterijas

tiek ražoti ar negatīviem nekeramikas kadmija oksīda elektrodiem vai metālkeramikas kadmija elektrodiem.

BLOVĒTAS AKUMULATORIJAS

Plaši izmantotie skābes akumulatori,

izgatavoti, izmantojot klasiskās tehnoloģijas, rada daudz nepatikšanas

un tiem ir kaitīga ietekme uz cilvēkiem un aprīkojumu. Viņi ir visvairāk

lēti, bet prasa papildu izmaksas to uzturēšanai,

īpašas telpas un personāls.

"DRYFIT" TEHNOLOĢIJAS BATERIJAS

Ērtākais un drošākais no skābes akumulatoriem

ir pilnībā bezapkopes noslēgti akumulatori

VRLA (Valve Regulated Lead Acid) ražots, izmantojot tehnoloģiju

"dryfit". Šo bateriju elektrolīts ir želejveida stāvoklī. Tas garantē akumulatoru uzticamību un to darbības drošību.

BIBLIOGRĀFIJA:

1. Deordijevs S.S.

Baterijas un to kopšana.

K.: Tehnika, 1985. 136 lpp.

2. Elektrotehniskā uzziņu grāmata.

3 sējumos T.2. Elektriskie izstrādājumi un ierīces/zem

Kopā ed. Maskavas Enerģētikas institūta profesori (galvenais redaktors I.N. Orlovs) un citi 7. izd. 6korr. un papildu

M.: Energoatomizdat, 1986. 712 lpp.

3. N.L.Gļinka.

Vispārējā ķīmija.

Izdevniecība "Ķīmija" 1977.g.

4. Bagotskis V.S., Skundins A.M.

Ķīmiskie strāvas avoti.

M.: Energoizdat, 1981. 360 lpp.

Tekstu nodrošina Zinātniskās pētniecības centrs "Zinātne un tehnoloģijas"
Tiesības uz publikācijas elektronisko versiju pieder N&T (www.n-t.org)

Grāmatā apkopota informācija par ķīmisko enerģijas avotu (bateriju un akumulatoru) konstrukciju, darbības principiem un raksturīgajām iezīmēm. No šīs grāmatas uzzināsiet, kā izvēlēties sev nepieciešamās baterijas un akumulatorus, kā tos pareizi uzlādēt un atjaunot.

• Anods ir akumulatora pozitīvais spailes.
• Akumulators — divas vai vairākas šūnas, kas savienotas virknē un/vai paralēli, lai nodrošinātu nepieciešamais spriegums un pašreizējais.
• Iekšējā pretestība ir pretestība strāvas plūsmai caur elementu, ko mēra omos. Dažreiz to sauc par iekšējo pretestību.
• Enerģijas izlaide ir jaudas patēriņš, kas reizināts ar vidējo spriegumu akumulatoru izlādes laikā, izteikts vatstundās (Wh).
• Jauda ir elektriskās enerģijas daudzums, ko akumulators atbrīvo noteiktos izlādes apstākļos, izteikts ampērstundās (Ah) vai kulonos (1 Ah = 3600 C).
• Uzlāde ir elektriskā enerģija, kas tiek pārnesta uz elementu, kas jāpārvērš uzkrātajā ķīmiskajā enerģijā.
• Katods ir akumulatora negatīvais spailes.
• Kompensējošā uzlāde ir metode, kas izmanto līdzstrāvu, lai akumulators nonāktu pilnībā uzlādētā stāvoklī un uzturētu to šajā stāvoklī.
• Atslēgšanas spriegums ir minimālais spriegums, pie kura akumulators spēj piegādāt noderīgu enerģiju noteiktos izlādes apstākļos.
• Atvērtās ķēdes spriegums ir spriegums uz akumulatora ārējiem spailēm, ja nav strāvas padeves.
• Nominālais spriegums ir spriegums pilnībā uzlādētam akumulatoram, kad tas tiek izlādēts ļoti zemā ātrumā.
• Peldošā uzlāde ir veids, kā uzturēt uzlādējamu akumulatoru pilnībā uzlādētā stāvoklī, pieliekot izvēlētu pastāvīgu spriegumu, lai kompensētu dažādus tajā esošos zudumus.
• Enerģijas blīvums ir elementa enerģijas attiecība pret tā masu vai tilpumu, kas izteikta vatstundās uz masas vai tilpuma vienību.
• Polarizācija ir sprieguma kritums, ko izraisa elementu sastāvdaļu ķīmiskā sastāva izmaiņas (starpība starp atvērtās ķēdes spriegumu un spriegumu jebkurā izlādes laikā).
• Izlāde ir elektroenerģijas patēriņš no elementa ārējā ķēdē. Dziļa izlāde ir stāvoklis, kurā tiek izmantota gandrīz visa elementa jauda. Sekla izlāde ir izplūde, kurā tiek patērēta neliela daļa no kopējās jaudas.
• Atdalītājs - materiāls, ko izmanto, lai izolētu elektrodus vienu no otra. Dažreiz tas saglabā elektrolītu sausās šūnās.
• Derīguma termiņš ir laika posms, kurā normālos apstākļos (20oC) uzglabātais elements saglabā 90% no sākotnējās ietilpības.
• Stabilitāte ir sprieguma vienmērīgums, pie kura akumulators atbrīvo enerģiju pilnas izlādes režīma laikā.
• Elements ir pamatvienība, kas spēj pārveidot ķīmisko enerģiju elektroenerģijā. Tas sastāv no pozitīvajiem un negatīvajiem elektrodiem, kas iegremdēti kopējā elektrolītā.
• Elektrods ir vadošs materiāls, kas, reaģējot ar elektrolītu, spēj radīt strāvas nesējus.
• Elektrolīts ir materiāls, kas šūnā vada lādiņa nesējus.
• Cikls ir viena elementa uzlādes un izlādes secība.

Angļu valodas termini

• Akumulators - kvēlspuldze
• skābes akumulators - skābes (svina) akumulatoru akumulators
• gaisa akumulators - gaisa-metāla elements
• sārma baterija - (primārais) sārma elements
• sārma baterija - sārma mangāna-cinka šūna
• sārma sausā baterija - sausa dzīvsudraba-cinka šūna
• sārma sausais akumulators - sausais sārma elements
• sārmaina mangāna baterija - sārmaina mangāna-cinka šūna
• sārma akumulators - sārma akumulators
• sārma akumulators - sārma akumulators
• anoda akumulators - anoda akumulators
• B akumulators - anoda akumulators
• Bansen akumulators - (slāpekļskābes-cinka) Bunsena šūna
• maisa tipa akumulators - krūzes (primārais) elements ar lācēnu
• balansēšanas akumulators - buferakumulators
• akumulators - akumulators
• bias baterija - slīpo akumulatora elements, režģa akumulatora elements
• nobīdes akumulators - nobīdes akumulators, tīkla akumulators
• bihromāta akumulators - (primārā) šūna ar dihromāta šķīdumu
• buferakumulators - buferakumulators
• apvedceļa akumulators - buferakumulators
• C akumulators - slīpuma akumulators, tīkla akumulators
• Clark akumulators - (dzīvsudraba-cinka) Clark elements
• kadmija normāls akumulators - (dzīvsudraba-kadmija) Weston normālais elements
• kadmija-sudraba-oksīda akumulators - kadmija oksīda galvaniskais elements
• oglekļa akumulators - (primārā) šūna ar oglekļa elektrodu
• oglekļa-cinka akumulators - (sausā) šūna ar cinka anodu un oglekļa katodu
• šūna - elements, šūna, galvaniskais elements (primārais elements, akumulators vai degvielas šūna)
• ķīmiskā baterija - ķīmisko strāvas avotu baterija
• uzlādējams akumulators - uzlādējams elements
• vara-cinka akumulators - vara-cinka šūna
• skaitītāja (elektromotīves) akumulators - pretdarbības elements
• Daniela akumulators - (vara-cinka) Daniela šūna
• sadalīšanās akumulators - šūna ar elektrolītiskās sadalīšanās (blakus) reakciju
• dihromāta akumulators - (primārā) šūna ar dihromāta šķīdumu
• pārvietošanas akumulators - šūna ar (sānu) elektrolītisko nomaiņas reakciju
• divvērtīgā sudraba oksīda baterija - šūna ar sudraba oksidēšanu līdz divvērtīgajam stāvoklim
• dubultā šķidruma akumulators - divu šķidrumu elements
• bungu uzglabāšana - niķeļa-cinka akumulators
• sausais akumulators - sausais akumulators
• sausais akumulators - sausais akumulators
• sausi uzlādēts akumulators - sausi uzlādētu akumulatoru akumulators
• sausi uzlādēts akumulators - sausi uzlādēts akumulators
• Edison akumulators - niķeļa-dzelzs akumulators
• elektriskā akumulators - galvaniskais akumulators (primāro elementu, akumulatoru vai kurināmā elementu akumulators)
• elektriskā akumulators - galvaniskais elements (primārais elements), akumulators vai degvielas šūna
• avārijas baterijas - avārijas baterijas
• avārijas akumulators - avārijas akumulators
• gala akumulatori - rezerves akumulatori
• Faraday akumulators - Faraday šūna
• Faure uzglabāšanas akumulators - akumulators ar ielīmētām plāksnēm
• kvēldiega baterija - kvēldiega baterija
• peldošs akumulators - rezerves akumulators (savienots paralēli galvenajam akumulatoram)
• Grenet akumulators - (cinka dihromāts) Grenet šūna
• galvaniskais akumulators - elektroķīmiskā šūna galvaniskās šūnas režīmā
• režģa akumulators - režģa akumulators, darba akumulators
• režģa akumulators - slīpuma akumulators, tīkla akumulators
• Lalande baterija - (sārma vara cinka oksīds) Lalande šūna
• Leclanche akumulators - (mangāna-cinka) Leclanche šūna
• svina (-skābes) akumulators - skābes (svina) akumulators
• svina-skābes (svina-glabāšanas) akumulators - svina (skābes) akumulatoru akumulators
• svina-kalcija akumulators - svina-kalcija šūna
• svina dioksīda primārā baterija - svina dioksīda primārā šūna
• līnijas akumulators - buferakumulators
• litija akumulators - šūna ar litija anodu
• litija-dzelzs sulfīda sekundārais akumulators - dzelzs-litija hlorīda akumulators
• litija-sudraba hromāta akumulators - sudraba-litija hromāta šūna
• litija-ūdens akumulators - litija-ūdens šūna
• ilgs kalpošanas laiks mitrā stāvoklī - akumulatoru baterija ar ilgu glabāšanas laiku appludinātā stāvoklī
• magnija akumulators - primārā šūna ar magnija anodu
• magnija dzīvsudraba oksīda akumulators - magnija oksīda dzīvsudraba akumulators
• magnija-vara hlorīda akumulators - vara-magnija hlorīda šūna
• magnija-sudraba hlorīda akumulators - sudraba-magnija hlorīda šūna
• magnija-ūdens akumulators - magnija-ūdens akumulators
• dzīvsudraba baterija - (sausā) dzīvsudraba-cinka šūna
• dzīvsudraba baterija - (sauso) dzīvsudraba-cinka elementu baterija
• metāla gaisa akumulators - metāla gaisa akumulators
• nicad (niķeļa-kadmija) akumulators - niķeļa-kadmija akumulators
• niķeļa-kadmija akumulators - niķeļa-kadmija akumulators
• niķeļa-dzelzs akumulators - niķeļa-dzelzs akumulators
• niķeļa-dzelzs akumulators - niķeļa-dzelzs akumulators
• Plantes akumulators - svina (skābes) akumulators ar veļas separatoru
• pilota akumulators - vadības akumulatora akumulators
• plāksnes akumulators - anoda akumulators
• iespraužams akumulators - maināms akumulators
• portatīvais akumulators - portatīvais akumulators
• primārais akumulators - (primārais) elements
• primārais akumulators - (primāro) šūnu akumulators
• kluss akumulators - mikrofona akumulators
• Rubeņa akumulators - (sausā) dzīvsudraba-cinka šūna
• uzlādējams akumulators - akumulatoru baterija
• uzlādējams akumulators - uzlādējamu elementu akumulators
• rezerves akumulators - rezerves akumulatora galvaniskais elements
• zvana baterija - zvana (telefona) akumulators
• sal-amonija akumulators - (primārā) šūna ar amonija sāļu šķīdumiem
• piesātināts standarta akumulators - piesātināts normāls elements
• noslēgts akumulators - noslēgts akumulators
• noslēgts akumulators - noslēgts (primārais) elements
• sekundārais akumulators - akumulatoru baterija
• signalizācijas akumulators - zvanīšanas (telefona) akumulators
• sudraba-kadmija akumulators - sudraba-kadmija akumulatoru akumulators
• sudraba oksīda akumulators - (primārā) šūna ar sudraba katodu
• sudraba-cinka primārā baterija - sudraba-cinka primārā šūna
• sudraba-cinka akumulators - sudraba-cinka bateriju akumulators
• saules baterija - saules baterija
• standarta Daniela akumulators - (vara-cinka) parasta Daniela šūna
• gaidstāves akumulators - avārijas akumulators
• stacionārs akumulators - stacionāra baterija - akumulatoru baterija
• runājošs akumulators - mikrofona akumulators
• Volta akumulators - Volta elements; elements ar metāla elektrodiem un šķidru elektrolītu
• Weston (standarta) akumulators - (dzīvsudraba-kadmija) parastais Weston elements
• mitrs akumulators - šūna ar šķidru elektrolītu
• cinka-gaisa baterija - cinka gaisa elementu baterija
• cinka-hlora akumulators - cinka hlora akumulators
• cinka-vara-oksīda akumulators - vara-cinka oksīda šūna
• cinka-dzelzs akumulators - cinka dzelzs šūna
• cinka-mangāna dioksīda baterija - mangāna-cinka elementu baterija
• cinka-dzīvsudraba-oksīda akumulators - cinka-dzīvsudraba oksīda šūna
• cinka-niķeļa akumulators - niķeļa-cinka akumulators
• cinka-sudraba-hlorīda primārais akumulators - sudraba-cinka hlorīda primārais elements

Ievads

Ķīmiskie strāvas avoti (CHS) jau daudzus gadus ir kļuvuši par mūsu dzīves sastāvdaļu. Ikdienā patērētājs reti pievērš uzmanību atšķirībām starp izmantoto HIT. Viņam tās ir baterijas un akumulatori. Tos parasti izmanto tādās ierīcēs kā lukturīši, rotaļlietas, radioaparāti vai automašīnas.

Visbiežāk baterijas un akumulatori atšķiras pēc izskata. Bet ir baterijas, kas ir izstrādātas tāpat kā baterijas. Piemēram izskats KNG-1D akumulators maz atšķiras no klasiskajiem R6C AA akumulatoriem. Un otrādi. Uzlādējamās baterijas un diska tipa baterijas arī pēc izskata neatšķiras. Piemēram, D-0,55 akumulators un spiedpogas dzīvsudraba elements (akumulators) RC-82.

Lai tos atšķirtu, patērētājam ir jāpievērš uzmanība marķējumiem uz HIT korpusa. Marķējumi, kas uzlikti uz bateriju un akumulatoru korpusiem, ir aprakstīti 1. un 2. nodaļā attēlos un tabulās. Tas ir nepieciešams, lai pareizi izvēlētos ierīces barošanas avotu.

Pārnēsājamo audio, video un citu energoietilpīgāku iekārtu parādīšanās prasīja palielināt HIT energointensitāti, to uzticamību un izturību.

Šajā grāmatā ir aprakstīti tehniskie parametri un metodes optimālā HIT izvēlei, bateriju un akumulatoru uzlādes, atjaunošanas, darbības un darbības laika pagarināšanas metodes.

Lasītājs tiek brīdināts ievērot piesardzību attiecībā uz ķīmisko atkritumu produktu drošību un iznīcināšanu.

Gadījumā, ja enerģijas patēriņš ir salīdzinoši liels (10Ah), tiek izmantoti akumulatori, galvenokārt skābes akumulatori, kā arī niķeļa-dzelzs un niķeļa-kadmija. Tos izmanto portatīvajos datoros (klēpjdatoros, piezīmjdatoros, plaukstdatoros), valkājamās sakaru iekārtās, avārijas apgaismojumā u.c.

Īpaša vieta grāmatā ir automašīnu akumulatoriem. Sniegtas akumulatoru uzlādes un atjaunošanas ierīču shēmas un aprakstīti jauni hermetizēti akumulatori, kas radīti pēc “dryfit” tehnoloģijas un kuriem nav nepieciešama apkope 5...8 darbības gadus. Tiem nav kaitīgas ietekmes uz cilvēkiem vai aprīkojumu.

Pēdējos gados šādas baterijas ir plaši izmantotas datoru un elektromehānisko sistēmu rezerves barošanas blokos, kas uzkrāj enerģiju iespējamām maksimālās slodzes un vitāli svarīgu sistēmu avārijas barošanas avotam.

Katras nodaļas sākumā ir speciālo angļu valodas terminu glosārijs, kas tiek lietots bateriju un akumulatoru aprakstos un marķējumā. Grāmatas beigās ir apkopota terminu vārdnīca.

Galvenie KRN raksturlielumi plašam lietojumu lokam, kas rada praktisku interesi, ir norādīti B.1. tabulā.

1. NODAĻA
GALVĀNISKĀS Strāvas AVOTI, VIENAS DARBĪBAS

Vienreizlietojamie galvaniskās strāvas avoti ir vienota tvertne, kurā ir elektrolīts, ko absorbē separatora aktīvais materiāls, un elektrodi (anods un katods), tāpēc tos sauc par sausajām šūnām. Šo terminu lieto, lai apzīmētu visas šūnas, kas nesatur šķidru elektrolītu. Parastās sausās šūnas ietver cinka-oglekļa vai Leclanche šūnas.

Sausās šūnas tiek izmantotas zemā strāvā un neregulāros darbības režīmos. Tāpēc šādus elementus plaši izmanto tālruņos, rotaļlietās, signalizācijas sistēmās utt.

Tā kā ierīču klāsts, kurās tiek izmantoti sausie elementi, ir ļoti plašs un turklāt tām ir nepieciešama periodiska nomaiņa, to izmēriem ir noteikti standarti. Jāuzsver, ka dažādu ražotāju ražoto 1.1. un 1.2. tabulā norādīto elementu izmēri var nedaudz atšķirties pēc tapu atrašanās vietas un citām to specifikācijās norādītajām īpašībām.

Izlādes procesā sauso elementu spriegums nokrītas no nominālā sprieguma līdz atslēgšanas spriegumam (atslēgšanas spriegums ir minimālais spriegums, pie kura akumulators spēj piegādāt minimālo enerģiju), t.i. parasti no 1,2 V līdz 0,8 V/šūnā atkarībā no pielietojuma. Izlādes gadījumā, kad tas ir savienots ar elementu pastāvīga pretestība pēc ķēdes aizvēršanas spriegums tās spailēs strauji samazinās līdz noteiktai vērtībai, kas ir nedaudz mazāks par sākotnējo spriegumu. Strāvu, kas plūst šajā gadījumā, sauc par sākotnējo izlādes strāvu.

Sausās šūnas funkcionalitāte ir atkarīga no strāvas patēriņa, atslēgšanas sprieguma un izlādes apstākļiem. Elementa efektivitāte palielinās, samazinoties izlādes strāvai. Sausajām šūnām nepārtrauktu izlādi mazāk nekā 24 stundas var klasificēt kā liela ātruma izlādi.

Sausās šūnas elektriskā jauda ir norādīta izlādei caur fiksētu pretestību pie noteiktā gala sprieguma stundās atkarībā no sākotnējās izlādes, un tā ir parādīta diagrammā vai tabulā. Konkrētam akumulatoram vēlams izmantot ražotāja tabulu vai tabulu. Tas ir saistīts ne tikai ar nepieciešamību ņemt vērā produkta īpašības, bet arī ar to, ka katrs ražotājs sniedz savus ieteikumus par savu produktu labāko izmantošanu. Tabulā 1.3 un tabulā 1.5 ir parādīti mūsu veikalu plauktos pēdējā laikā visbiežāk sastopamie galvanisko elementu tehniskie parametri.

Akumulatora iekšējā pretestība var ierobežot nepieciešamo strāvu, piemēram, ja to izmanto zibspuldzes kamerā. Sākotnējo stabilo strāvu, ko akumulators var nodrošināt īsu laiku, sauc par zibspuldzes strāvu. Elementa tipa apzīmējums satur burtu apzīmējumi, kas atbilst elementa uzliesmošanas strāvām un iekšējai pretestībai, mērot pie līdzstrāvas un maiņstrāvas (1.4. tabula). Zibspuldzes strāvu un iekšējo pretestību ir ļoti grūti izmērīt, un šūnām var būt ilgs glabāšanas laiks, bet zibspuldzes strāva var samazināties.

1.1. GALVĀNISKO ŠŪNU VEIDI

Oglekļa-cinka elementi

Oglekļa-cinka elementi (mangāna-cinka) ir visizplatītākie sausie elementi. Oglekļa-cinka elementi izmanto pasīvo (oglekļa) strāvas kolektoru, kas saskaras ar mangāna dioksīda (MnO2) anodu, amonija hlorīda elektrolītu un cinka katodu. Elektrolīts ir pastas formā vai piesūcina poraino diafragmu. Šāds elektrolīts ir nedaudz kustīgs un neizplatās, tāpēc elementus sauc par sausiem.

Oglekļa-cinka elementa nominālais spriegums ir 1,5 V.

Sausajiem elementiem var būt cilindriska forma, 1.1. att., diska forma, 1.2. att., un taisnstūra forma. Taisnstūra elementu dizains ir līdzīgs diska elementiem. Cinka anods ir izgatavots cilindriska stikla formā, kas vienlaikus ir arī tvertne. Diska elementi sastāv no cinka plāksnes, kartona diafragmas, kas piesūcināta ar elektrolīta šķīdumu, un saspiesta pozitīvā elektroda slāņa. Diska elementi ir virknē savienoti viens ar otru, iegūtais akumulators ir izolēts un iepakots korpusā.

Ogļu-cinka elementi tiek “atjaunoti” darbības pārtraukuma laikā. Šī parādība ir saistīta ar pakāpenisku lokālo neviendabīgumu izlīdzināšanos elektrolīta sastāvā, kas rodas izlādes procesā. Periodiskas “atpūtas” rezultātā elementa kalpošanas laiks tiek pagarināts.

Attēlā 1.3. attēlā ir parādīta trīsdimensiju diagramma, kas parāda D elementa darbības laika palielināšanos, izmantojot intermitējošu darbības režīmu, salīdzinot ar nemainīgu. Tas jāņem vērā, intensīvi izmantojot elementus (un ekspluatācijai izmantot vairākus komplektus, lai vienam komplektam būtu pietiekams laika periods funkcionalitātes atjaunošanai. Piemēram, lietojot atskaņotāju, nav ieteicams lietot vienu bateriju komplektu vairāk nekā divas stundas pēc kārtas Mainot divus komplektus, darbības laika elementi palielinās trīs reizes.

Oglekļa-cinka elementu priekšrocība ir to salīdzinoši zemās izmaksas. Būtiski trūkumi ir ievērojams sprieguma samazinājums izlādes laikā, zems jaudas blīvums (5...10 W/kg) un īss glabāšanas laiks.

Zema temperatūra samazina galvanisko elementu izmantošanas efektivitāti, un akumulatora iekšējā apkure to palielina. Temperatūras ietekme uz galvaniskā elementa kapacitāti ir parādīta attēlā. 1.4. Temperatūras paaugstināšanās izraisa cinka elektroda ķīmisko koroziju, ko izraisa elektrolītā esošais ūdens, un elektrolīta izžūšanu. Šos faktorus var nedaudz kompensēt, turot akumulatoru paaugstinātā temperatūrā un caur iepriekš izveidotu caurumu šūnā ievadot sāls šķīdumu.

Sārma elementi

Tāpat kā oglekļa-cinka elementi, sārma elementi izmanto MnO2 anodu un cinka katodu ar atdalītu elektrolītu.

Atšķirība starp sārma elementiem un oglekļa-cinka elementiem ir sārma elektrolīta izmantošana, kā rezultātā izlādes laikā praktiski neizdalās gāze, un tās var padarīt hermētiski noslēgtas, kas ir ļoti svarīgi vairākos to lietojumos. .

Sārma elementu spriegums ir aptuveni par 0,1 V mazāks nekā oglekļa-cinka elementu spriegums tādos pašos apstākļos. Tāpēc šie elementi ir savstarpēji aizstājami.

Šūnu ar sārmainu elektrolītu spriegums mainās ievērojami mazāk nekā šūnās ar sāls elektrolītu. Šūnām ar sārmainu elektrolītu ir arī lielāka īpatnējā enerģija (65...90 Wh/kg), īpatnējā jauda (100...150 kWh/m3) un ilgāks glabāšanas laiks.

Mangāna-cinka elementu un bateriju uzlāde tiek veikta ar asimetrisku maiņstrāvu. Jūs varat uzlādēt šūnas ar jebkuras koncentrācijas sāli vai sārmainu elektrolītu, bet ne pārāk izlādētu un bez bojātiem cinka elektrodiem. Noteiktā derīguma termiņa ietvaros šāda veidašūnu vai akumulatoru, funkcionalitāti var atjaunot vairākas reizes (6...8 reizes).

Sauso akumulatoru un elementu uzlāde tiek veikta no īpašas ierīces, kas ļauj iegūt vajadzīgās formas uzlādes strāvu: ar uzlādes un izlādes komponentu attiecību 10:1 un šo komponentu impulsu ilgumu attiecību 1: 2. Šī ierīce ļauj uzlādēt pulksteņa baterijas un aktivizēt vecās mazās baterijas. Uzlādējot pulksteņa baterijas, lādēšanas strāva nedrīkst pārsniegt 2 mA. Uzlādes laiks nav ilgāks par 5 stundām. Šādas akumulatoru uzlādes ierīces diagramma ir parādīta attēlā. 1.5.

Šeit uzlādējamais akumulators ir savienots caur divām paralēli savienotām diožu ķēdēm ar rezistoriem. Asimetriskā uzlādes strāva tiek iegūta rezistoru pretestību starpības rezultātā. Uzlādes beigas nosaka akumulatora sprieguma pieauguma pārtraukšana. Transformatora sekundārais spriegums lādētājs ir izvēlēts tā, lai izejas spriegums pārsniegtu elementa nominālo spriegumu par 50...60%.

Akumulatora uzlādes laikam, izmantojot aprakstīto ierīci, jābūt aptuveni 12...16 stundām. Uzlādes jaudai ir jābūt aptuveni par 50% lielākai par nominālo akumulatora jaudu.

Dzīvsudraba elementi

Dzīvsudraba elementi ir ļoti līdzīgi sārma elementiem. Tie izmanto dzīvsudraba oksīdu (HgO). Katods sastāv no cinka pulvera un dzīvsudraba maisījuma. Anodu un katodu atdala separators un diafragma, kas piesūcināta ar 40% sārma šķīdumu.

Šiem elementiem ir ilgtermiņa termiņi uzglabāšana un lielāka ietilpība (ar tādu pašu apjomu). Dzīvsudraba elementa spriegums ir aptuveni par 0,15 V zemāks nekā sārma elementa spriegums.

Dzīvsudraba elementiem ir raksturīga augsta īpatnējā enerģija (90...120 Wh/kg, 300...400 kWh/m3), sprieguma stabilitāte un augsta mehāniskā izturība.

Maza izmēra ierīcēm ir izveidoti modernizēti RC-31S, RC-33S un RC-55US tipa elementi. RC-31S un RC-55US elementu īpatnējā enerģija ir 600 kWh/m3, RC-33S elementu 700 kWh/m3. RC-31S un RC-33S elementi tiek izmantoti pulksteņu un cita aprīkojuma barošanai. RC-55US elementi ir paredzēti medicīnas aprīkojumam, jo ​​īpaši implantējamām medicīnas ierīcēm.

Elementi RC-31S un RC-33S darbojas 1,5 gadu ar strāvu attiecīgi 10 un 18 µA, bet elements RC-55US nodrošina implantēto medicīnisko ierīču darbību 5 gadus. Kā izriet no 1.6. tabulas, šo elementu nominālā jauda neatbilst to apzīmējumam.

Dzīvsudraba elementi darbojas temperatūras diapazonā no 0 līdz +50oC ir aukstumizturīgi RC-83X un RC-85U un karstumizturīgi elementi RC-82T un RC-84, kas spēj darboties temperatūrā līdz +70oC; . Ir elementu modifikācijas, kurās cinka pulvera vietā tiek izmantoti indija un titāna sakausējumi (negatīvais elektrods).

Tā kā dzīvsudrabs ir mazs un toksisks, dzīvsudraba šūnas nedrīkst izmest pēc to pilnīgas izmantošanas. Tie ir jāpārstrādā.

Sudraba elementi

Viņiem ir “sudraba” katodi, kas izgatavoti no Ag2O un AgO. To spriegums ir par 0,2 V augstāks nekā oglekļa-cinka spriegums salīdzināmos apstākļos.

Litija šūnas

Tie izmanto litija anodus, organisko elektrolītu un katodus, kas izgatavoti no dažādiem materiāliem. Tiem ir ļoti ilgs glabāšanas laiks, augsts enerģijas blīvums un tie darbojas plašā temperatūras diapazonā, jo tie nesatur ūdeni.

Tā kā litijam ir vislielākais negatīvais potenciāls attiecībā pret visiem metāliem, litija elementiem ir raksturīgs augstākais nominālais spriegums ar minimāliem izmēriem (1.6. att.). Specifikācijas litija galvaniskie elementi ir doti 1.7. tabulā.

Parasti šādos elementos kā šķīdinātājus izmanto organiskos savienojumus. Šķīdinātāji var būt arī neorganiskie savienojumi, piemēram, SOCl2, kas arī ir reaktīvas vielas.

Jonu vadītspēju nodrošina, šķīdinātājos ievadot sāļus ar lieliem anjoniem, piemēram: LiAlCl4, LiClO4, LiBFO4. Konkrēts elektrovadītspēja neūdens elektrolītu šķīdumi ir par 1...2 kārtām zemāki nekā ūdens šķīdumu vadītspēja. Turklāt katoda procesi tajos parasti norit lēni, tāpēc šūnās ar neūdens elektrolītiem strāvas blīvums ir zems.

Litija elementu trūkumi ietver to salīdzinoši augstās izmaksas, kas saistītas ar litija augsto cenu un īpašām prasībām to ražošanai (nepieciešamība pēc inertas atmosfēras, neūdens šķīdinātāju attīrīšana). Jāņem vērā arī tas, ka dažas litija šūnas ir sprādzienbīstamas, ja tās tiek atvērtas.

Šādi elementi parasti tiek izgatavoti spiedpogu konstrukcijā ar spriegumu 1,5 V un 3 V. Tie veiksmīgi nodrošina strāvu ķēdēm, kuru patēriņš ir aptuveni 30 μA konstantā režīmā vai 100 μA intermitējošā režīmā. Litija elementi tiek plaši izmantoti rezerves barošanas avotos atmiņas shēmām, mērinstrumentiem un citām augsto tehnoloģiju sistēmām.

1.2. NODAĻA AKUMULATORI NO PASAULES VADĪGĀM UZŅĒMUMIEM

Pēdējās desmitgadēs ir pieaudzis Leclanche elementu sārmu analogu, tostarp cinka-gaisa elementu, ražošanas apjoms (sk. B1 tabulu).

Piemēram, Eiropā sārmu mangāna-cinka elementu ražošana sāka attīstīties 1980. gadā, un 1983. gadā tā jau sasniedza 15% no kopējās produkcijas.

Brīvā elektrolīta izmantošana ierobežo autonomo izmantošanas iespējas un galvenokārt tiek izmantota stacionārajos HIT. Tāpēc daudzu pētījumu mērķis ir izveidot tā sauktās sausās šūnas jeb šūnas ar sabiezinātu elektrolītu, kurā nav tādu elementu kā dzīvsudrabs un kadmijs, kas rada nopietnus draudus cilvēku veselībai un videi.

Šī tendence ir sārmu ķīmisko vielu priekšrocību sekas salīdzinājumā ar klasiskajiem sāls elementiem:

ievērojams izlādes strāvas blīvuma pieaugums ielīmēta anoda izmantošanas dēļ;

ķīmisko apkures iekārtu jaudas palielināšana, pateicoties iespējai palielināt aktīvo masu noslogojumu;

cinka gaisa kompozīciju (6F22 tipa elementu) izveidošana, pateicoties lielākai esošo katoda materiālu aktivitātei dioksīda elektroredukcijas reakcijā sārmainā elektrolītā.

Duracell (ASV) akumulatori

Duracell ir atzīts līderis pasaulē vienreizlietojamo sārmainās galvanisko avotu ražošanā. Uzņēmuma vēsture sniedzas vairāk nekā 40 gadus senā pagātnē.

Pats uzņēmums atrodas Amerikas Savienotajās Valstīs. Eiropā tās rūpnīcas atrodas Beļģijā. Pēc patērētāju domām gan šeit, gan ārzemēs, Duracell akumulatori ieņem vadošo pozīciju popularitātes, lietošanas ilguma un cenas un kvalitātes attiecības ziņā.

Duracell parādīšanās Ukrainas tirgū piesaistīja mūsu patērētāju uzmanību.

Izlādes strāvas blīvums litija avotos nav augsts (salīdzinājumā ar citiem HIT), aptuveni 1 mA/cm2 (skatīt 14. lpp.). Ar garantēto 10 gadu glabāšanas laiku un zemu strāvas izlādi ir racionāli izmantot Duracell litija elementus augsto tehnoloģiju sistēmās.

ASV patentētā EXRA-POWER tehnoloģija, kas izmanto titāna dioksīdu (TiO2) un citas tehnoloģiskās īpašības, palīdz palielināt Duracell mangāna-cinka ķīmisko reaktoru jaudu un efektivitāti.

Duracell sārma elementu tērauda korpusa iekšpusē ir cilindrisks grafīta kolektors, kas satur pastai līdzīgu elektrolītu saskarē ar adatas katodu.

Elementu garantētais glabāšanas laiks ir 5 gadi, un tajā pašā laikā uz iepakojuma norādītā elementa ietilpība tiek garantēta derīguma termiņa beigās.

Duracell HIT tehniskie parametri ir doti 1.8. tabulā.

Koncerna Varta akumulatori (Vācija)

Koncerns Varta ir viens no pasaules līderiem HIT ražošanā. Koncerna 25 rūpnīcas atrodas vairāk nekā 100 valstīs un ražo vairāk nekā 1000 veidu akumulatorus.

Galvenās ražošanas telpas aizņem Stacionāro rūpniecisko akumulatoru departaments. Taču koncerna rūpnīcās Instrumentu bateriju departamentā ASV, Itālijā, Japānā, Čehijā u.c. tiek ražoti aptuveni 600 veidu sprieguma elementi no pulksteņu baterijām līdz hermetizētām baterijām, garantējot nemainīgu kvalitāti neatkarīgi no ģeogrāfiskās atrašanās vietas. rūpnīcas atrašanās vieta. Pirmā cilvēka, kurš spēra kāju uz Mēness, fotokameru darbināja Varta baterijas.

Tie ir diezgan labi zināmi mūsu patērētājiem un ir pastāvīgi pieprasīti.

HIT tehniskie parametri attiecas uz Varta ar norādi vietējie analogi ir dotas 1.9. tabulā.

2. NODAĻA. AKUMULATORI

Baterijas ir atkārtoti lietojami ķīmiski elektroenerģijas avoti. Tie sastāv no diviem elektrodiem (pozitīvā un negatīvā), elektrolīta un korpusa. Enerģijas uzkrāšanās akumulatorā notiek elektrodu oksidācijas-reducēšanas ķīmiskās reakcijas laikā. Kad akumulators ir izlādējies, notiek apgrieztie procesi. Akumulatora spriegums ir potenciālā starpība starp akumulatora poliem pie fiksētas slodzes.

Bibliogrāfija

1. Kaufmans M., Sidmens. A.G.
   Praktisks ceļvedis ķēžu aprēķiniem elektronikā. Direktorija. 2 sējumos: Tulk. no angļu valodas/Red. F.N. Pokrovskis. M.: Energoatomizdat, 1991. 368 lpp.
2. Tereščuks R.M. uc Maza izmēra iekārtas. Radioamatieru rokasgrāmata. K.: Naukova Dumka, 1975. 557 lpp.
3. Sena L.A. Fizikālo lielumu mērvienības un to izmēri. Izglītības un uzziņu rokasgrāmata. 3. izdevums, pārskatīts. un papildu M.: Zinātne. Ch. ed. fizika un matemātika lit., 1988. 432 lpp.
4. Deordijevs S.S. Baterijas un to kopšana. K.: Tehnika, 1985. 136 lpp.
5. Elektrisko uzziņu grāmata. 3 sējumos T.2. Elektriskie izstrādājumi un ierīces/vispārīgi. ed. Maskavas Enerģētikas institūta profesori (galvenais redaktors I.N. Orlovs) un citi 7. izd. 6 apgr. un papildu M.: Energoatomizdat, 1986. 712 lpp.
6. Digitālais un analogais integrālās shēmas. Direktorija. Ed. S.V. Jakubovskis. M.: Radio un sakari, 1990. 496 lpp.
7. Semuškins S. Pašreizējie avoti un to pielietojums. "Radio", 1978. 2.3.
8. Vekslers G.S. Strāvas padeves ierīču aprēķins. K.: Tehnika, 1978. 208 lpp.
9. Lisovskis F.V., Kalugins I.K. Angļu-krievu radioelektronikas vārdnīca. 2. izdevums, pārskatīts. un papildu LABI. 63 000 terminu. M.: Krievija. lang., 1987.
10. Bagotskis V.S., Skundins A.M. Ķīmiskie strāvas avoti. M.: Energoizdat, 1981. 360 lpp.
11. Crompton T. Primārie strāvas avoti. M.: mir, 1986. 326 lpp.

turpināt lasīt

Dažāda veida galvaniskās šūnas savu ķīmisko enerģiju pārvērš elektriskā strāvā. Viņi ieguva savu vārdu par godu itāļu zinātniekam Galvani, kurš veica pirmos šādus eksperimentus un pētījumus. Elektroenerģiju rada divu metālu (parasti cinka un vara) ķīmiskā reakcija elektrolītā.

Darbības princips

Zinātnieki ievietoja vara un cinka plāksni konteineros ar skābi. Tos savienoja vadītājs, uz pirmā izveidojās gāzes burbuļi, bet otrais sāka šķīst. Tas pierādīja, ka caur vadītāju plūst elektriskā strāva. Pēc Galvani Volts sāka eksperimentēt. Viņš izveidoja cilindrisku elementu, līdzīgu vertikālai kolonnai. Tas sastāvēja no cinka, vara un auduma gredzeniem, kas iepriekš bija piesūcināti ar skābi. Pirmā elementa augstums bija 50 cm, un tā radīto spriegumu juta cilvēks.

Darbības princips ir tāds, ka elektrolītiskā vidē mijiedarbojas divu veidu metāli, kā rezultātā caur ārējo ķēdi sāk plūst strāva. Mūsdienu galvaniskās šūnas un baterijas sauc par baterijām. To spriegums ir atkarīgs no izmantotā metāla. Ierīce ir ievietota cilindrā, kas izgatavots no mīksta lokšņu metāla. Elektrodi ir sieti ar oksidatīvu un reducējošu izsmidzināšanu.

Pārvēršot ķīmisko enerģiju elektroenerģijā, tiek izslēgta iespēja atjaunot akumulatoru īpašības. Galu galā, elementam darbojoties, tiek patērēti reaģenti, kas izraisa strāvas samazināšanos. Reducētājs parasti ir litija vai cinka negatīvais svins. Darbības laikā tas zaudē elektronus. Pozitīvā daļa ir izgatavota no metāla sāļiem vai magnija oksīda, tā veic oksidētāja darbu.

Normālos apstākļos elektrolīts neļauj strāvai iziet cauri, tas sadalās jonos tikai tad, kad ķēde ir aizvērta. Tas izraisa vadītspējas parādīšanos. Kā elektrolītu izmanto skābes šķīdumu, nātrija vai kālija sāļus.

Elementu šķirnes

Baterijas tiek izmantotas ierīču, ierīču, aprīkojuma un rotaļlietu barošanai. Saskaņā ar shēmu visi galvaniskie elementi ir sadalīti vairākos veidos:

• fizioloģiskais šķīdums;
• sārmains;
• litijs

Populārākās ir sāls baterijas, kas izgatavotas no cinka un mangāna. Elements apvieno uzticamību, kvalitāti un saprātīgu cenu. Taču pēdējā laikā ražotāji samazina vai pilnībā pārtrauc savu ražošanu, jo uzņēmumi, kas ražo sadzīves tehniku, pamazām palielina prasības pret to. Galvenās šāda veida galvanisko akumulatoru priekšrocības:

• universāli parametri, kas ļauj tos izmantot dažādās jomās;
• vienkārša darbība;
• lēts;
• vienkārši nosacījumi ražošana;
• pieejamas un lētas izejvielas.

Starp trūkumiem ir īss kalpošanas laiks (ne vairāk kā divi gadi), īpašību samazināšanās zemas temperatūras dēļ, jaudas samazināšanās, palielinoties strāvai, un sprieguma samazināšanās darbības laikā. Kad sāls baterijas ir izlādējušās, tās var noplūst, jo pozitīvais elektroda tilpums izspiež elektrolītu. Vadītspēju palielina grafīts un ogle, aktīvais maisījums sastāv no mangāna dioksīda. Kalpošanas laiks ir tieši atkarīgs no elektrolīta tilpuma.

Pagājušajā gadsimtā parādījās pirmie sārma elementi. Oksidētāja lomu tajās pilda mangāns, bet reducētājs ir cinka pulveris. Akumulatora korpuss ir apvienots, lai novērstu koroziju. Bet dzīvsudraba izmantošana tika aizliegta, tāpēc tie tika pārklāti ar cinka pulvera un rūsas inhibitoru maisījumiem.

Aktīvā viela galvaniskā elementa ierīcē ir tie ir cinks, indijs, svins un alumīnijs. Aktīvā masā ietilpst sodrēji, mangāns un grafīts. Elektrolīts ir izgatavots no kālija un nātrija. Sausais pulveris ievērojami uzlabo akumulatora veiktspēju. Ar tādiem pašiem izmēriem kā sāls veidiem, sārmainiem ir lielāka ietilpība. Viņi turpina darboties labi pat stipra sala.

Litija šūnas tiek izmantotas mūsdienu tehnoloģiju darbināšanai. Tos ražo bateriju un akumulatoru veidā dažādi izmēri. Pirmie satur cietu elektrolītu, bet citas ierīces satur šķidru elektrolītu. Šī opcija ir piemērota ierīcēm, kurām nepieciešams stabils spriegums un vidējās pašreizējās maksas. Litija baterijas var uzlādēt vairākas reizes, baterijas ir lietotas tikai vienu reizi, tās netiek atvērtas.

Piemērošanas joma

Galvanisko elementu ražošanai ir vairākas prasības. Akumulatora korpusam jābūt uzticamam un noslēgtam. Elektrolīts nedrīkst izplūst, un svešķermeņi nedrīkst iekļūt ierīcē. Dažos gadījumos, kad šķidrums izplūst, tas aizdegsies. Bojātu priekšmetu nevar izmantot. Visu bateriju izmēri ir gandrīz vienādi, atšķiras tikai bateriju izmēri. Elementiem var būt dažādas formas: cilindriski, prizmatiski vai diski.

Visu veidu ierīcēm ir kopīgas priekšrocības: tās ir kompaktas un vieglas, pielāgotas dažādiem darba temperatūras diapazoniem, tām ir liela ietilpība un tās darbojas stabili dažādos apstākļos. Ir arī daži trūkumi, taču tie attiecas uz noteiktiem elementu veidiem. Sāls netur ilgi, litija ir veidoti tā, lai tie varētu aizdegties, ja no tiem nav spiediena.

Baterijām ir daudz pielietojumu:

• digitālās tehnoloģijas;
• Bērnu rotaļlietas;
• medicīniskās ierīces;
• aizsardzības un aviācijas nozare;
• kosmosa ražošana.

Galvaniskās šūnas ir viegli lietojamas un pieejamas. Bet ar dažiem veidiem ir jārīkojas uzmanīgi, un tos nedrīkst lietot, ja tie ir bojāti. Pirms akumulatoru iegādes rūpīgi jāizpēta instrukcijas ierīcei, kuru tie darbinās.

Mazjaudas elektroenerģijas avoti

Galvaniskās šūnas un baterijas tiek izmantotas pārnēsājamu elektrisko un radio iekārtu darbināšanai.

Galvaniskās šūnas- tie ir vienas darbības avoti, baterijas- atkārtoti lietojami avoti.

Vienkāršākais galvaniskais elements

Vienkāršāko elementu var izgatavot no divām sloksnēm: vara un cinka, iegremdētas ūdenī, kas nedaudz paskābināts ar sērskābi. Ja cinks ir pietiekami tīrs, lai tajā nebūtu lokālu reakciju, nekādas ievērojamas izmaiņas nenotiks, kamēr varš un cinks nav savienoti ar stiepli.

Tomēr sloksnēm ir atšķirīgs potenciāls attiecībā pret otru, un, kad tās savienos ar vadu, tajā parādīsies a. Šīs darbības laikā cinka sloksne pakāpeniski izšķīst, un pie vara elektroda veidosies gāzes burbuļi, kas sakrājas uz tā virsmas. Šī gāze ir ūdeņradis, kas veidojas no elektrolīta. Elektriskā strāva plūst no vara sloksnes caur vadu uz cinka sloksni un no tās caur elektrolītu atpakaļ uz varu.

Pakāpeniski elektrolīta sērskābe tiek aizstāta ar cinka sulfātu, kas veidojas no cinka elektroda izšķīdušās daļas. Sakarā ar to elementa spriegums tiek samazināts. Taču vēl lielāku sprieguma kritumu izraisa gāzes burbuļu veidošanās uz vara. Abas šīs darbības rada "polarizāciju". Šādiem elementiem praktiski nav nekādas nozīmes.

Galvanisko elementu svarīgi parametri

Galvanisko elementu nodrošinātā sprieguma lielums ir atkarīgs tikai no to veida un konstrukcijas, t.i., no elektrodu materiāla un elektrolīta ķīmiskā sastāva, bet nav atkarīgs no elementu formas un izmēra.

Strāvas daudzumu, ko var radīt galvaniskais elements, ierobežo tā iekšējā pretestība.

Ļoti svarīga galvaniskā elementa īpašība ir. Elektriskā jauda ir elektroenerģijas daudzums, ko galvaniskais vai akumulatora elements spēj piegādāt visā tās darbības laikā, t.i., pirms notiek galīgā izlāde.

Elementa doto kapacitāti nosaka, reizinot izlādes strāvu, kas izteikta ampēros, ar laiku stundās, kurā elements tika izlādēts līdz izlādes sākumam. pilnīga izlāde. Tāpēc elektriskā jauda vienmēr tiek izteikta ampērstundās (A x h).

Pamatojoties uz elementa jaudu, jūs varat arī iepriekš noteikt, cik stundas tas darbosies, līdz tas pilnībā izlādēsies. Lai to izdarītu, jums ir jāsadala jauda ar šim elementam pieļaujamo izlādes strāvu.

Tomēr elektriskā kapacitāte nav stingri nemainīga vērtība. Tas mainās diezgan plašās robežās atkarībā no elementa darbības apstākļiem (režīma) un galīgā izlādes sprieguma.

Ja elements tiek izlādēts ar maksimālo strāvas stiprumu un turklāt bez pārtraukumiem, tad tas atdos ievērojami mazāku jaudu. Gluži pretēji, kad tas pats elements tiek izlādēts ar mazāku strāvu un ar biežiem un salīdzinoši ilgstošiem pārtraukumiem, elements atteiksies no savas jaudas.

Runājot par galīgā izlādes sprieguma ietekmi uz elementa kapacitāti, jāpatur prātā, ka galvaniskās šūnas izlādes laikā tā darba spriegums nepaliek tajā pašā līmenī, bet pakāpeniski samazinās.

Izplatītākie galvanisko elementu veidi

Visizplatītākās galvaniskās šūnas ir mangāna-cinka, mangāna-gaisa, cinka-gaisa un dzīvsudraba-cinka sistēmas ar sāli un sārmainiem elektrolītiem. Sausajām mangāna-cinka šūnām ar sāls elektrolītu sākotnējais spriegums ir no 1,4 līdz 1,55 V, darbības laiks apkārtējās vides temperatūrā no -20 līdz -60 o C no 7 stundām līdz 340 stundām.

Sausajām mangāna-cinka un cinka-gaisa šūnām ar sārmainu elektrolītu ir spriegums no 0,75 līdz 0,9 V un darbības laiks no 6 stundām līdz 45 stundām.

Sauso dzīvsudraba-cinka elementu sākotnējais spriegums ir no 1,22 līdz 1,25 V un darbības laiks no 24 stundām līdz 55 stundām.

Lielākais garantijas periods sauso dzīvsudraba-cinka elementu glabāšanas laiks ir līdz 30 mēnešiem.

Tie ir sekundārie galvaniskie elementi.Atšķirībā no galvaniskajiem elementiem, uzreiz pēc montāžas akumulatorā nenotiek ķīmiski procesi.

Lai akumulatorā sāktos ķīmiskās reakcijas, kas saistītas ar kustību elektriskie lādiņi, jums attiecīgi jāmaina tā elektrodu (un daļēji arī elektrolīta) ķīmiskais sastāvs. Šīs izmaiņas elektrodu ķīmiskajā sastāvā notiek caur akumulatoru izvadītās elektriskās strāvas ietekmē.

Tāpēc, lai akumulators ražotu elektrisko strāvu, tas vispirms ir “jāuzlādē” ar tiešo elektrisko strāvu no kāda ārēja strāvas avota.

Baterijas arī labvēlīgi atšķiras no parastajiem galvaniskajiem elementiem ar to, ka pēc izlādes tos var atkārtoti uzlādēt. Ar labu aprūpi un normālos darbības apstākļos akumulatori var izturēt līdz pat vairākiem tūkstošiem uzlādes un izlādes.
Akumulatora ierīce

Pašlaik praksē visbiežāk tiek izmantotas svina un kadmija-niķeļa baterijas. Pirmajam elektrolīts ir sērskābes šķīdums, bet otrajam - sārmu šķīdums ūdenī. Svina baterijas sauc arī par skābes baterijām, un niķeļa-kadmija baterijas sauc arī par sārma baterijām.

Bateriju darbības princips ir balstīts uz elektrodu polarizāciju. Vienkāršākais skābes akumulators ir veidots šādi: tās ir divas svina plāksnes, kas iemērc elektrolītā. Ķīmiskās aizvietošanas reakcijas rezultātā plāksnes pārklāj ar nelielu svina sulfāta PbSO4 pārklājumu, kā izriet no formulas Pb + H 2 SO 4 = PbSO 4 + H 2.

Skābes akumulatora ierīce

Šis plākšņu stāvoklis atbilst izlādētam akumulatoram. Ja tagad ieslēdzat akumulatoru uzlādei, t.i., pievienojiet to ģeneratoram līdzstrāva, tad tajā elektrolīzes dēļ sāksies plākšņu polarizācija. Akumulatora uzlādes rezultātā tā plāksnes tiek polarizētas, t.i., maina savas virsmas vielu, un no viendabīga (PbSO 4) pārvēršas par atšķirīgām (Pb un Pb O 2).

Akumulators kļūst par strāvas avotu, un tā pozitīvais elektrods ir plāksne, kas pārklāta ar svina dioksīdu, un negatīvais elektrods ir tīra svina plāksne.

Tuvojoties uzlādes beigām, elektrolīta koncentrācija palielinās, jo tajā parādās papildu sērskābes molekulas.

Šī ir viena no svina-skābes akumulatora īpašībām: tā elektrolīts nepaliek neitrāls un pats piedalās ķīmiskās reakcijās akumulatora darbības laikā.

Tuvojoties izlādes beigām, abas akumulatora plāksnes atkal tiek pārklātas ar svina sulfātu, kā rezultātā akumulators pārstāj būt par strāvas avotu. Akumulators nekad netiek nogādāts šādā stāvoklī. Svina sulfāta veidošanās dēļ uz plāksnēm elektrolīta koncentrācija izlādes beigās samazinās. Ja akumulators tiek uzlādēts, jūs atkal varat izraisīt polarizāciju, lai tas atkal tiktu izlādēts utt.

Kā uzlādēt akumulatoru

Ir vairāki veidi, kā uzlādēt akumulatorus. Vienkāršākā ir parastā akumulatora uzlāde, kas notiek šādi. Sākotnēji 5-6 stundas uzlāde tiek veikta ar dubultu parasto strāvu, līdz spriegums katrā akumulatora bankā sasniedz 2,4 V.

Normālo uzlādes strāvu nosaka pēc formulas I lādiņš = Q/16

Kur Q - nominālā akumulatora ietilpība, Ah.

Pēc tam uzlādes strāva tiek samazināta līdz normālai vērtībai un uzlāde turpinās 15-18 stundas, līdz parādās uzlādes beigu pazīmes.

Mūsdienu akumulatori

Kadmija-niķeļa jeb sārma baterijas parādījās daudz vēlāk nekā svina baterijas un, salīdzinot ar tām, ir progresīvāki ķīmiskās strāvas avoti. Sārma bateriju galvenā priekšrocība salīdzinājumā ar svina baterijām ir to elektrolīta ķīmiskā neitralitāte attiecībā pret plākšņu aktīvajām masām. Pateicoties tam, sārma akumulatoru pašizlāde ir ievērojami mazāka nekā svina akumulatoriem. Sārma bateriju darbības princips ir balstīts arī uz elektrodu polarizāciju elektrolīzes laikā.

Radioiekārtu darbināšanai tiek ražotas hermētiskas kadmija-niķeļa baterijas, kas darbojas temperatūrā no -30 līdz +50 o C un spēj izturēt 400 - 600 uzlādes-izlādes ciklus. Šīs baterijas ir izgatavotas kompaktu paralēlskaldņu un disku veidā ar masu no vairākiem gramiem līdz kilogramiem.

Viņi ražo niķeļa-ūdeņraža akumulatorus autonomu objektu barošanai. Niķeļa-ūdeņraža akumulatora īpatnējā enerģija ir 50 - 60 Wh kg -1.