Galvanik elemanlar. Türler ve cihaz. İş ve özellikler. Galvanik hücreler ve piller - cihaz, çalışma prensibi, türleri Galvanik piller için neler geçerlidir - enerji depolama cihazları

Galvanik hücrelerin ortaya çıkması için ön koşullar. Biraz tarih. 1786'da İtalyan tıp profesörü fizyolog Luigi Aloisio Galvani ilginç bir fenomen keşfetti: Yeni açılmış bir kurbağa cesedinin bakır kancalara asılan arka bacak kasları, bilim adamı onlara çelik bir neşterle dokunduğunda kasıldı. Galvani hemen bunun "hayvan elektriğinin" bir tezahürü olduğu sonucuna vardı.

Galvani'nin ölümünden sonra, kimyager ve fizikçi olan çağdaşı Alessandro Volta, farklı metaller temas ettiğinde elektrik akımı üretimi için daha gerçekçi bir mekanizmayı tanımlayacak ve kamuya açıklayacaktı.

Volta, bir dizi deneyden sonra, bir sıvıya yerleştirilmiş farklı metallerden yapılmış iki iletkenin varlığından dolayı devrede akımın ortaya çıktığı ve bunun Galvani'nin aksine "hayvan elektriği" olmadığı kesin sonucuna varacaktır. düşünce. Kurbağanın bacaklarının seğirmesi, farklı metallerin (bakır kancalar ve çelik neşter) temasıyla üretilen akımın hareketinin bir sonucuydu.

Volta, Galvani'nin ölü bir kurbağa üzerinde gösterdiği fenomenin aynısını tamamen cansız bir ev yapımı elektrometre üzerinde gösterecek ve 1800'de akımın oluşumuna ilişkin kesin bir açıklama yapacak: “ortada ikinci sınıf bir iletken (sıvı) var ve iki farklı metalden birinci sınıf iki iletkenle temas halindedir... Bunun sonucunda şu veya bu yönde bir elektrik akımı ortaya çıkar.

Volta, ilk deneylerinden birinde iki plakayı (çinko ve bakır) bir asit kavanozuna batırdı ve bunları tel ile birbirine bağladı. Bundan sonra çinko levha erimeye başladı ve bakır çeliğin üzerinde gaz kabarcıkları belirdi. Volta, elektrik akımının bir telden aktığını öne sürdü ve kanıtladı.

İlk galvanik hücre olan “Volta elementi” bu şekilde icat edildi. Kolaylık sağlamak için Volta, asitle ıslatılmış birbirine bağlı çinko, bakır ve kumaş halkalarından oluşan dikey bir silindir (sütun) şeklini verdi. Yarım metre yüksekliğindeki volta sütunu, insanlara duyarlı bir voltaj yarattı.

Araştırma Luigi Galvani tarafından başlatıldığı için bu isim onun anısını kendi adıyla yaşattı.

Galvanic hücre iki metalin ve/veya bunların oksitlerinin bir elektrolit içindeki etkileşimine dayanan ve kapalı bir devrede elektrik akımının ortaya çıkmasına neden olan kimyasal bir elektrik akımı kaynağıdır. Böylece galvanik hücrelerde kimyasal enerji elektrik enerjisine dönüştürülür.

Bugün galvanik hücreler

Günümüzde galvanik hücrelere pil adı verilmektedir. Üç tür pil yaygın olarak kullanılmaktadır: tuz (kuru), alkalin (bunlara alkalin de denir, İngilizceden "alkalin" olarak çevrilmiş "alkali") ve lityum. Çalışma prensibi Volta'nın 1800'de tarif ettiği ile aynıdır: iki metal ve harici bir kapalı devrede bir elektrik akımı ortaya çıkar.

Pilin voltajı hem kullanılan metallere hem de "pil" içindeki elemanların sayısına bağlıdır. Piller, akümülatörlerden farklı olarak, kimyasal enerjiyi, yani pili oluşturan reaktiflerin enerjisini (indirgeyici madde ve oksitleyici madde) doğrudan elektrik enerjisine dönüştürdükleri için özelliklerini geri kazanamazlar.

Pilin içerdiği reaktifler çalışma sırasında tüketilir ve akım giderek azalır, böylece reaktifler tamamen reaksiyona girdikten sonra kaynağın etkisi sona erer.

Alkalin ve tuz hücreleri (piller), çeşitli pillere güç sağlamak için yaygın olarak kullanılır. elektronik aletler, radyo ekipmanı, oyuncaklar ve lityum çoğunlukla şeker ölçüm cihazı gibi taşınabilir tıbbi cihazlarda veya kamera gibi dijital ekipmanlarda bulunabilir.

Tuz pilleri olarak adlandırılan manganez-çinko hücreleri, sıvı elektrolit çözeltisi içermeyen “kuru” galvanik hücrelerdir.

Çinko elektrot (+) cam şeklinde bir katottur ve anot, toz haline getirilmiş bir manganez dioksit ve grafit karışımıdır. Akım grafit çubuktan akar. Elektrolit, hiçbir şeyin akmaması için koyulaştırmak amacıyla nişasta veya un ilavesiyle amonyum klorür çözeltisinden oluşan bir macundur.

Tipik olarak pil üreticileri tuz hücrelerinin kesin bileşimini belirtmez, ancak tuz pilleri en ucuzudur ve genellikle güç tüketiminin son derece düşük olduğu cihazlarda kullanılır: saatlerde, uzaktan kumandalarda uzaktan kumanda, elektronik termometrelerde vb.

Kapasiteleri büyük ölçüde çalışma modlarına ve koşullarına bağlı olduğundan, "nominal kapasite" kavramı çinko-manganez pilleri karakterize etmek için nadiren kullanılır. Bu elemanların ana dezavantajları, deşarj boyunca önemli oranda voltaj düşüşü ve artan deşarj akımıyla birlikte verilen kapasitede önemli bir azalmadır. Son deşarj voltajı yüke bağlı olarak 0,7-1,0 V aralığında ayarlanır.

Sadece deşarj akımının büyüklüğü değil, aynı zamanda yükün zaman çizelgesi de önemlidir. Yüksek ve orta akımlarda aralıklı deşarj ile pillerin performansı sürekli çalışmaya göre gözle görülür şekilde artar. Ancak düşük deşarj akımlarında ve aylarca süren işletme kesintilerinde kendi kendine deşarj nedeniyle kapasiteleri düşebilir.

Yukarıdaki grafik, alkalin pil ile karşılaştırma amacıyla ortalama bir tuz pilinin 4, 10, 20 ve 40 saatlik deşarj eğrilerini göstermektedir; konuşacağız Daha öte.

Alkalin pil, katot olarak manganez dioksit, anot olarak toz çinko ve elektrolit olarak genellikle potasyum hidroksit macunu formundaki bir alkali çözelti kullanan manganez-çinko voltaik bir pildir.

Bu pillerin bir dizi avantajı vardır (özellikle önemli ölçüde daha yüksek kapasite, en iyi iş düşük sıcaklıklarda ve yüksek yük akımlarında).

Alkalin piller, tuz pillere göre daha uzun süre daha fazla akım sağlayabilir. Burada çinko cam formunda değil, elektrolitle daha geniş temas alanına sahip toz formunda kullanıldığı için daha yüksek bir akım mümkün oluyor. Elektrolit olarak macun formundaki potasyum hidroksit kullanılır.

Bu tip galvanik hücrelerin uzun süre önemli miktarda akım (1 A'ya kadar) iletme yeteneği sayesinde alkalin piller günümüzde en yaygın olanıdır.

Elektrikli oyuncaklar, taşınabilir tıbbi ekipmanlar, elektronik cihazlar ve kameraların tümü alkalin piller kullanır. Deşarjın düşük akım olması durumunda tuzlu olanlardan 1,5 kat daha uzun süre dayanırlar. Grafik, bir tuz aküsüyle (grafik yukarıda gösterilmiştir) 4, 10, 20 ve 40 saatlik karşılaştırma için çeşitli akımlardaki deşarj eğrilerini göstermektedir.

Lityum piller

Oldukça yaygın olan bir başka voltaik hücre türü, lityum pillerdir - anot olarak lityum veya bileşiklerini kullanan, şarj edilemeyen tek voltaik hücreler. Alkali metal kullanımı sayesinde potansiyel farkı yüksektir.

Bir lityum hücresinin katodu ve elektroliti çok farklı olabilir, bu nedenle "lityum hücresi" terimi, bir grup hücreyi aynı anot malzemesiyle birleştirir. Örneğin manganez dioksit, karbon monoflorür, pirit, tiyonil klorür vb. katot olarak kullanılabilir.

Lityum piller, uzun servis ömürleri ve yüksek maliyetleriyle diğer pillerden farklılık gösterir. Seçilen boyuta ve kullanılan kimyaya bağlı olarak bir lityum pil, 1,5 V'tan (alkalin pillerle uyumlu) 3,7 V'a kadar voltaj üretebilir.

Bu piller birim ağırlık başına en yüksek kapasiteye ve uzun raf ömrüne sahiptir. Lityum piller modern taşınabilir elektronik ekipmanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır: saatlere güç sağlamak için anakartlar taşınabilir tıbbi cihazlara, kol saatlerine, hesap makinelerine, fotoğraf ekipmanlarına vb. güç sağlamak için bilgisayarlar.

Yukarıdaki grafik iki popüler üreticiye ait iki lityum pilin deşarj eğrilerini göstermektedir. Başlangıç ​​akımı 120 mA idi (yaklaşık 24 Ohm'luk direnç başına).

Kızıl, TSU

SOYUT

Konu: "Galvanik hücreler. Piller."

Derleyen: Spiridonova V.A.

I yıl, IV gr., FMF

Kontrol eden: Kendivan O.D.

2001

I.Giriş

II. Galvanik akım kaynakları

1. Galvanik hücre türleri

III. Piller

1. Asidik

2. Alkali

3. Mühürlü nikel-kadmiyum

4. Mühürlü

5. “DRYFIT” teknolojili piller

GİRİİŞ

Uzun yıllardır kimyasal akım kaynakları (CHS)

hayatımıza sağlam bir şekilde girdi. Günlük yaşamda tüketici nadiren dikkat eder

Kullanılan HIT arasındaki farklara dikkat edin. Onun için bunlar piller ve

piller. Genellikle aşağıdaki gibi cihazlarda kullanılırlar:

fenerler, oyuncaklar, radyolar veya arabalar.

Güç tüketiminin göreceli olduğu durumda

büyüktür (10Ah), çoğunlukla asitli piller kullanılır,

nikel-demir ve nikel-kadmiyumun yanı sıra. Onlar kullanılır

taşınabilir bilgisayarlar (Laptop, Notebook, Palmtop), giyilebilir cihazlar

iletişim, acil durum aydınlatması vb.

Son yıllarda bu tür piller yaygın olarak kullanılmaktadır.

bilgisayarlar ve elektromekanik için yedek güç kaynakları

Olası pik yükler için enerji depolayan sistemler

ve hayati sistemlerin acil durum güç kaynağı.

GALVANİK AKIM KAYNAKLARI

Tek kullanımlık galvanik akım kaynakları

birleşik bir kaptır;

aktif madde tarafından emilen bir elektrolit içerir

ayırıcı ve elektrotlar (anot ve katot), bu yüzden bunlara denir

kuru elemanlar. Bu terim aşağıdakilerle ilgili olarak kullanılır:

sıvı elektrolit içermeyen tüm hücreler. Sıradan

Kuru elementler karbon-çinko elementlerini içerir.

Kuru hücreler düşük akımlar ve aralıklı uygulamalar için kullanılır.

çalışma modları. Bu nedenle bu tür unsurlar yaygın olarak kullanılmaktadır.

telefonlar, oyuncaklar, alarm sistemleri vb.

Herhangi bir galvanik hücrenin etkisi, içinde bir redoks reaksiyonunun oluşmasına dayanır. En basit haliyle galvanik hücre, farklı metallerden yapılmış ve bir elektrolit çözeltisine daldırılmış iki plaka veya çubuktan oluşur. Böyle bir sistem, redoks reaksiyonunu mekansal olarak ayırmayı mümkün kılar: bir metalde oksidasyon meydana gelir ve diğerinde indirgeme meydana gelir. Böylece elektronlar indirgeyici maddeden oksitleyici maddeye dış devre aracılığıyla aktarılır.

Örnek olarak, çinko ve bakır sülfat arasındaki yukarıdaki reaksiyonun enerjisiyle çalışan bir bakır-çinko galvanik hücresini düşünün. Bu hücre (Jacobi-Daniel hücresi), bir bakır sülfat çözeltisine (bakır elektrot) daldırılmış bir bakır plakadan ve bir çinko sülfat çözeltisine (çinko elektrot) daldırılmış bir çinko plakadan oluşur. Her iki çözelti de birbiriyle temas halindedir ancak karışmayı önlemek için gözenekli malzemeden yapılmış bir bölmeyle ayrılırlar.

Eleman çalışırken, yani. zincir kapatıldığında çinko oksitlenir: çözeltiyle temas ettiği yüzeyde çinko atomları iyonlara dönüşür ve hidratlandığında çözeltiye geçer. Bu durumda açığa çıkan elektronlar dış devre boyunca bakır elektroda doğru hareket eder. Bu süreçlerin tamamı şematik olarak yarı reaksiyon denklemi veya elektrokimyasal denklem ile temsil edilir:

Bakır elektrotta bakır iyonlarının indirgenmesi meydana gelir. Çinko elektrottan buraya gelen elektronlar, çözeltiden çıkan dehidre edici bakır iyonlarıyla birleşir; bakır atomları metal olarak oluşur ve salınır. Karşılık gelen elektrokimyasal denklem:

Elementte meydana gelen reaksiyonun toplam denklemi, her iki yarı reaksiyonun denklemleri toplanarak elde edilir. Böylece galvanik hücrenin çalışması sırasında indirgeyici maddeden gelen elektronlar dış devre üzerinden oksitleyici maddeye geçer, elektrotlarda elektrokimyasal işlemler gerçekleşir ve çözeltide iyonların yönsel hareketi gözlenir.

Oksidasyonun meydana geldiği elektrota anot (çinko) adı verilir. İndirgemenin gerçekleştiği elektrota katot (bakır) adı verilir.

Prensip olarak herhangi bir redoks reaksiyonu elektrik enerjisi üretebilir. Ancak tepki sayısı

Kimyasal kaynaklarda pratik olarak kullanılan elektrik enerjisi küçüktür. Bunun nedeni, her redoks reaksiyonunun teknik açıdan değerli özelliklere sahip bir galvanik hücre oluşturulmasını mümkün kılmamasıdır. Ayrıca birçok redoks reaksiyonu pahalı maddelerin tüketimini gerektirir.

Bakır-çinko pilin aksine, tüm modern galvanik piller ve piller iki değil, bir elektrolit kullanır; Bu tür akım kaynaklarının kullanımı çok daha uygundur.

GALVANİK HÜCRE TÜRLERİ

Karbon-çinko elementleri

Kömür-çinko elementleri (manganez-çinko)

En yaygın kuru elementler. Kömür-çinkoda

elementler pasif (karbon) bir akım toplayıcı kullanır

manganez dioksitten (MnO2), elektrolitten yapılmış bir anotla temas

amonyum klorür ve çinko katot. Elektrolit içeride

macun gözenekli bir diyafram oluşturur veya emprenye eder.

Böyle bir elektrolit çok hareketli değildir ve yayılmaz, dolayısıyla

elementlere kuru denir.

Kömür-çinko elementleri sırasında “restore edilir”

işten ara vermek. Bu fenomen kademeli olarak kaynaklanmaktadır.

kompozisyondaki yerel homojensizliklerin hizalanması

deşarj işlemi sırasında ortaya çıkan elektrolit. Sonuç olarak

periyodik "dinlenme" elemanın servis ömrünü uzatır.

Karbon-çinko elementlerinin avantajı,

nispeten düşük maliyet. Önemli dezavantajlara

deşarj sırasında voltajda önemli bir düşüş içermelidir,

düşük özgül güç (5...10 W/kg) ve kısa servis ömrü

depolamak

Düşük sıcaklıklar kullanım verimliliğini azaltır

galvanik hücreler ve pilin dahili ısınması

artışlar. Sıcaklıktaki bir artış, elektrolitte bulunan su nedeniyle çinko elektrotun kimyasal korozyonuna ve elektrolitin kurumasına neden olur. Bu faktörler, pili yüksek sıcaklıklarda tutarak ve önceden hazırlanmış bir delikten hücreye bir salin solüsyonu vererek bir şekilde telafi edilebilir.

Alkali elementler

Karbon-çinko hücreleri gibi, alkalin hücreler de ayrı bir elektrolitle birlikte bir MnO2 anotu ve bir çinko katodu kullanır.

Alkali elementler ile karbon-çinko elementleri arasındaki fark

alkalin elektrolitin kullanılması sonucunda

Deşarj sırasında neredeyse hiç gaz çıkışı olmaz ve bunlar

mühürlenmek, ki bu birçoğu için çok önemli

uygulamalar.

Cıva elemanları

Cıva elementleri alkali elementlere çok benzer. Onlarda

Cıva oksit (HgO) kullanılır. Katot bir toz karışımından oluşur

çinko ve cıva. Anot ve katot bir ayırıcı ve diyaframla ayrılır,

%40 alkali solüsyona batırılmış.

Cıva az bulunan ve zehirli olduğundan cıva elementleri

tamamen kullanıldıktan sonra atılmalıdır. Onlar zorunda

geri dönüşüme gidin.

Gümüş elemanlar

Ag2O ve AgO'dan yapılmış "gümüş" katotlara sahiptirler.

Lityum hücreleri

Organik bir elektrolit olan lityum anotları kullanıyorlar

ve çeşitli malzemelerden yapılmış katotlar. Çok büyükleri var

raf ömrü, yüksek enerji yoğunlukları ve çalışabilirlik

Su içermedikleri için geniş bir sıcaklık aralığına sahiptirler.

Lityum en yüksek negatif potansiyele sahip olduğundan

tüm metallerle ilgili olarak lityum elementleri

en yüksek nominal gerilim ile karakterize edilir

minimum boyutlar.

İyonik iletkenlik, içine dahil edilerek sağlanır.

Büyük anyonlara sahip tuzların çözücüleri.

Lityum hücrelerin dezavantajları şunları içerir:

yüksek fiyat nedeniyle nispeten yüksek maliyet

lityum, üretimleri için özel gereksinimler (ihtiyaç

inert atmosfer, sulu olmayan solventlerin saflaştırılması). Meli

Ayrıca bazı lityum pillerin

Açıldığında patlayıcıdır.

Lityum hücreler, bellek devreleri, ölçüm cihazları ve diğer yüksek teknolojili sistemler için yedek güç kaynaklarında yaygın olarak kullanılmaktadır.

PİLLER

Piller kimyasal kaynaklardır

yeniden kullanılabilir elektrik enerjisi. Bunlar şunlardan oluşur:

iki elektrot (pozitif ve negatif), elektrolit

ve gövdeler. Pilde enerji birikmesi şu durumlarda meydana gelir:

kimyasal bir oksidasyon-indirgeme reaksiyonunun meydana gelmesi

elektrotlar. Pil boşaldığında bunun tersi gerçekleşir

süreçler. Akü voltajı potansiyel farktır

Akü kutupları arasında sabit bir yükte.

Yeterince büyük voltaj değerleri elde etmek veya

şarj edilirken, ayrı ayrı piller birbirine bağlanır

Pillere seri veya paralel. Bir numara var

için genel olarak kabul edilen voltajlar piller: 2; 4; 6;

Kendimizi aşağıdaki pilleri dikkate alarak sınırlayacağız:

geleneksel yöntemlere göre yapılmış asit piller

teknolojiler;

sabit kurşun ve tahrik (otomotiv ve

traktör);

sızdırmaz bakım gerektirmeyen aküler, sızdırmaz

nikel-kadmiyum ve asit "dryfit" A400 ve A500 (jöle benzeri)

elektrolit).

ASİT AKÜLER

Örnek olarak kullanıma hazır bir kurşun-asit aküyü düşünün. Bazıları kurşun dioksit ve diğerleri metal sünger kurşunla doldurulmuş kafes kurşun plakalardan oluşur. Plakalar %35-40 H2SO4 çözeltisine daldırılır; bu konsantrasyonda sülfürik asit çözeltisinin spesifik elektrik iletkenliği maksimumdur.

Pil çalışırken - boşaldığında - içinde metal kurşunun oksitlendiği bir oksidasyon-redüksiyon reaksiyonu meydana gelir:

Pb + SO4= PbSO4 + 2e-

Ve kurşun dioksit azalır:

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

Oksidasyon sırasında metalik kurşun atomları tarafından verilen elektronlar, indirgeme sırasında kurşun atomları PbO2 tarafından kabul edilir; Elektronlar bir elektrottan diğerine harici bir devre aracılığıyla aktarılır.

Böylece, kurşun metali kurşun bataryada anot görevi görür ve negatif yüklüdür, PbO2 ise katot görevi görür ve pozitif yüklüdür.

Dahili devrede (H2SO4 çözeltisinde), pil çalışması sırasında iyon transferi meydana gelir. SO42 iyonları anoda, H+ iyonları ise katoda doğru hareket eder. Bu hareketin yönü, elektrot işlemlerinin ortaya çıkmasından kaynaklanan elektrik alanı tarafından belirlenir: anotta anyonlar tüketilir ve katyonlarda katyonlar tüketilir. Sonuç olarak çözüm elektriksel olarak nötr kalır.

Kurşunun oksidasyonu ve PbO2'nin indirgenmesine karşılık gelen denklemleri toplarsak, genel reaksiyon denklemini elde ederiz:

Çalışması sırasında kurşun-asit aküde sızıntı (deşarj):

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

E.m.f. Şarj edilmiş bir kurşun-asit akünün voltajı yaklaşık 2V'tur. Pil boşaldıkça katot (PbO2) ve anot (Pb) malzemeleri tüketilir. Sülfürik asit de tüketilir. Aynı zamanda akü terminallerindeki voltaj da düşer. Çalışma koşullarının izin verdiği değerin altına düştüğünde akü tekrar şarj edilir.

Şarj etmek (veya şarj etmek) için pil, dış kaynak akım (artıdan artıya ve eksiden eksiye). Bu durumda akım, aküden, akü boşaldığında geçtiği yönün tersi yönde akar. Sonuç olarak elektrotlardaki elektrokimyasal işlemler “tersine döner”. Kurşun elektrot şimdi bir indirgeme sürecinden geçiyor

PbSO4 + 2e- = Pb + SO4

onlar. Bu elektrot katot haline gelir. PbO2 elektrotunda oksidasyon işlemi meydana gelir

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

dolayısıyla bu elektrot artık anottur. Çözeltideki iyonlar, pil çalışırken hareket ettikleri yönlere zıt yönde hareket ederler.

Son iki denklemi ekleyerek pili şarj ederken oluşan reaksiyonun denklemini elde ederiz:

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

Bu sürecin pil çalışırken gerçekleşen sürecin tam tersi olduğunu görmek kolaydır: Pil şarj edildiğinde çalışması için gerekli maddeleri yeniden üretir.

Kurşun-asit aküler genellikle bir aküye bağlanır.

Ebonit, termoplastik, polipropilenden yapılmış bir monoblok içine yerleştirilmiş,

polistiren, polietilen, asfalt saha bileşimi, seramik

veya cam.

Pilin en önemli özelliklerinden biri

servis ömrü veya servis ömrü (döngü sayısı). Bozulma

Pil parametreleri ve arıza öncelikle kaynaklanır

kafes korozyonu kuyruğu ve aktif kütlenin kayması

pozitif elektrot. Pil ömrü belirlendi

öncelikle pozitif plakaların türüne ve koşullara göre

operasyon.

Kurşun-asit akülerdeki iyileştirmeler yolda

Izgaralar için yeni alaşımların (örneğin kurşun-kalsiyum), hafif ve dayanıklı muhafaza malzemelerinin araştırılması

(örneğin propilen-etilen kopolimer bazlı), iyileştirmeler

ayırıcıların kalitesi.

ALKALİN PİLLER

Gümüş-çinko.

İyi elektriksel özelliklere sahiptirler ve ağırlık ve hacim açısından hafiftirler. İçlerindeki elektrotlar gümüş oksitler Ag2O, AgO (katot) ve sünger çinkodur (anot); Elektrolit bir KOH çözeltisidir.

Pil çalışması sırasında çinko oksitlenerek ZnO ve Zn(OH)2'ye dönüşür ve gümüş oksit metale indirgenir. Pil boşaldığında meydana gelen genel reaksiyon aşağıdaki denklemle yaklaşık olarak ifade edilebilir:

AgO + Zn = Ag + ZnO

E.m.f. Şarj edilmiş bir gümüş-çinko pilin voltajı yaklaşık 1,85 V'tur. Voltaj 1,25 V'a düştüğünde pil şarj edilir. Bu durumda elektrotlardaki işlemler "tersine döner": çinko azalır, gümüş oksitlenir - pilin çalışması için gerekli maddeler yeniden elde edilir.

Kadmiyum-nikel ve demir-nikel.

CN ve ZHN birbirine çok benzer. Temel farkları negatif elektrot plakalarının malzemesidir; KN pillerde kadmiyum, ZhN pillerde ise demirdir. KN piller en yaygın kullanılanlardır.

Alkalin piller esas olarak lamel elektrotlarla üretilir. İçlerinde aktif kütleler lamellerle - delikli düz kutularla çevrelenmiştir. Şarj edilmiş bir pilin pozitif plakalarının aktif kütlesi esas olarak hidratlanmış nikel oksit (Ni) Ni2O3 x H2O veya NiOOH'den oluşur. Ayrıca elektrik iletkenliğini arttırmak için eklenen grafit içerir. KN pillerin negatif plakalarının aktif kütlesi, sünger kadmiyum ve demir tozu karışımından ve ZhN pillerin indirgenmiş demir tozu karışımından oluşur. Elektrolit, az miktarda LiOH içeren bir potasyum hidroksit çözeltisidir.

Bir KN pilinin çalışması sırasında meydana gelen süreçleri ele alalım. Pil boşaldığında kadmiyum oksitlenir.

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

Ve NiOOH geri yüklendi:

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

Bu durumda elektronlar, dış devre boyunca kadmiyum elektrottan nikel elektrota aktarılır. Kadmiyum elektrot anot görevi görür ve negatif yüklüdür, nikel elektrot ise katot görevi görür ve pozitif yüklüdür.

KN pilinin çalışması sırasında meydana gelen toplam reaksiyon, son iki elektrokimyasal denklemin eklenmesiyle elde edilen denklem ile ifade edilebilir:

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

E.m.f. Şarj edilmiş bir nikel-kadmiyum pilin voltajı yaklaşık 1,4 V'tur. Pil çalıştıkça (boşaldıkça), terminallerindeki voltaj düşer. 1V'un altına düştüğünde akü şarj edilir.

Bir pil şarj edilirken elektrotlarındaki elektrokimyasal işlemler "tersine çevrilir". Kadmiyum elektrotta metal redüksiyonu meydana gelir

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

Nikel üzerinde - nikel hidroksitin (P) oksidasyonu:

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

Şarj sırasındaki toplam reaksiyon, deşarj sırasında meydana gelen reaksiyonun tersidir:

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

SIZDIRMAZ NİKEL-KADMİYUM PİLLER

Nikel-kadmiyum pillerin özel bir grubu kapalı pillerdir. Şarjın sonunda açığa çıkan oksijen kadmiyumu oksitler, böylece aküdeki basınç artmaz. Oksijen oluşum hızı düşük olmalıdır, bu nedenle pil nispeten düşük bir akımla şarj edilir.

Mühürlü piller diske bölünmüştür,

silindirik ve dikdörtgendir.

Kapalı dikdörtgen nikel-kadmiyum piller

Negatif sermet olmayan kadmiyum oksit elektrotlarla veya sermet kadmiyum elektrotlarla üretilir.

KAPALI PİLLER

Yaygın olarak kullanılan asit piller,

Klasik teknoloji kullanılarak yapılmış, pek çok soruna neden oluyor

ve insanlar ve ekipmanlar üzerinde zararlı etkileri vardır. Onlar en çok

ucuzdur ancak bakımı için ek maliyet gerektirir,

özel tesisler ve personel.

"DRYFIT" TEKNOLOJİLİ PİLLER

Asit akülerin en kullanışlı ve en güvenlisi

tamamen bakım gerektirmeyen sızdırmaz akülerdir

VRLA (Valf Ayarlı Kurşun Asit) teknolojisi kullanılarak üretildi

"kuru uyum". Bu pillerdeki elektrolit jöle benzeri bir durumdadır. Bu, pillerin güvenilirliğini ve çalışmalarının güvenliğini garanti eder.

BİBLİYOGRAFYA:

1.Deordiev S.S.

Piller ve bakımı.

K.: Technika, 1985. 136 s.

2. Elektrik referans kitabı.

3 ciltte. Elektrikli ürünler ve cihazlar/altında

Toplam ed. Moskova Enerji Mühendisliği Enstitüsü profesörleri (baş editör I.N. Orlov) ve diğerleri 7. baskı. 6düzelt ve ek

M.: Energoatomizdat, 1986. 712 s.

3. N.L.Glinka.

Genel Kimya.

Yayınevi "Kimya" 1977.

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

Kimyasal akım kaynakları.

M.: Energoizdat, 1981. 360 s.

Bilimsel Araştırma Merkezi "Bilim ve Teknoloji" tarafından sağlanan metin
Yayının elektronik versiyonunun hakları N&T'ye aittir (www.n-t.org)

Kitapta kimyasal güç kaynaklarının (piller ve akümülatörler) tasarımı, çalışma prensipleri ve karakteristik özellikleri hakkında bilgiler yer almaktadır. İhtiyacınız olan pil ve akümülatörleri nasıl seçeceğinizi, bunları nasıl doğru şekilde şarj edip geri yükleyeceğinizi bu kitaptan öğreneceksiniz.

• Anot pilin pozitif terminalidir.
• Pil - sağlamak için seri ve/veya paralel bağlanan iki veya daha fazla hücre gerekli voltaj ve güncel.
• İç direnç, ohm cinsinden ölçülen, bir elemandan geçen akıma karşı dirençtir. Bazen iç empedans denir.
• Enerji çıkışı, Watt saat (Wh) cinsinden ifade edilen, kapasite tüketiminin pillerin deşarj süresindeki ortalama voltajla çarpımıdır.
• Kapasite, bir pilin belirli deşarj koşulları altında açığa çıkardığı, amper saat (Ah) veya coulomb (1 Ah = 3600 C) cinsinden ifade edilen elektrik enerjisi miktarıdır.
• Yük, depolanan kimyasal enerjiye dönüştürülmek üzere bir elemente aktarılan elektrik enerjisidir.
• Katot pilin negatif terminalidir.
• Telafi edici şarj, pili tam şarjlı duruma getirmek ve bu durumda tutmak için doğru akımı kullanan bir yöntemdir.
• Kesme voltajı, pilin belirli deşarj koşulları altında faydalı enerji sağlayabildiği minimum voltajdır.
• Açık devre voltajı, akım çekimi olmadığında akünün dış terminallerindeki voltajdır.
• Nominal voltaj, tamamen şarj edilmiş bir akünün çok düşük bir oranda deşarj olması durumunda üzerindeki voltajdır.
• Şamandıra şarjı, içindeki çeşitli kayıpları telafi etmek için seçilen bir sabit voltajın uygulanmasıyla şarj edilebilir bir pili tam şarjlı durumda tutmanın bir yöntemidir.
• Enerji yoğunluğu, bir elementin enerjisinin, birim kütle veya hacim başına watt saat cinsinden ifade edilen kütlesine veya hacmine oranıdır.
• Polarizasyon, elemanların bileşenlerinin kimyasal bileşimlerindeki değişikliklerden kaynaklanan bir voltaj düşüşüdür (deşarj sırasında herhangi bir andaki açık devre voltajı ile voltaj arasındaki fark).
• Deşarj, elektrik enerjisinin bir elemandan harici bir devreye tüketilmesidir. Derin deşarj, elemanın kapasitesinin neredeyse tamamının tükendiği bir durumdur. Sığ deşarj, toplam kapasitenin küçük bir kısmının tüketildiği deşarjdır.
• Ayırıcı – elektrotları birbirinden izole etmek için kullanılan bir malzeme. Bazen elektroliti kuru hücrelerde tutar.
• Raf ömrü, normal koşullar altında (20oC) saklanan bir elemanın orijinal kapasitesinin %90'ını koruduğu süredir.
• Kararlılık, pilin tam deşarj modunda enerji saldığı voltajın tekdüzeliğidir.
• Element, kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürebilen temel bir birimdir. Ortak bir elektrolite batırılmış pozitif ve negatif elektrotlardan oluşur.
• Elektrot, bir elektrolitle reaksiyona girdiğinde akım taşıyıcıları üretebilen iletken bir malzemedir.
• Elektrolit, hücre içindeki yük taşıyıcılarını ileten bir malzemedir.
• Bir döngü, bir elemanın şarj edilmesi ve boşaltılmasının bir dizisidir.

İngilizce terimler

• Bir pil - akkor pil
• asit aküsü - asit (kurşun) akülerden oluşan akü
• hava aküsü - hava metal elemanı
• alkalin pil - (birincil) alkalin hücre
• alkalin pil - alkalin manganez-çinko hücresi
• alkalin kuru pil - kuru cıva-çinko hücresi
• alkalin kuru pil - kuru alkalin hücre
• alkalin manganez pil - alkalin manganez-çinko hücresi
• alkalin depolama pili - alkalin pil
• alkalin depolama pili - alkalin pil
• anot pili - anot pili
• B pil - anot pil
• Bansen pili - (nitrik asit-çinko) Bunsen hücresi
• torba tipi pil - pupalı ​​kap (birincil) eleman
• dengeleme pili - tampon pil
• pil - pil
• önyargı pili - önyargı pili elemanı, ızgara pili elemanı
• önyargı pili - önyargı pili, ızgara pili
• bikromat pil - dikromat çözeltili (birincil) hücre
• tampon pil - tampon pil
• bypass aküsü - tampon aküsü
• C pil - öngerilim pili, ızgara pili
• Clark pili - (cıva-çinko) Clark hücresi
• kadmiyum normal pil - (cıva-kadmiyum) Weston normal pil
• kadmiyum-gümüş-oksit pil - kadmiyum oksit galvanik hücre
• karbon pil - karbon elektrotlu (birincil) hücre
• karbon-çinko pil - çinko anotlu ve karbon katotlu (kuru) hücre
• hücre - eleman, hücre, galvanik hücre (birincil hücre, pil veya yakıt hücresi)
• kimyasal pil - kimyasal akım kaynaklarının pili
• şarj edilebilir pil - şarj edilebilir eleman
• bakır-çinko pil - bakır-çinko pil
• sayaç (elektromotor) batarya - karşı koyma elemanı
• Daniel pili - (bakır-çinko) Daniel hücresi
• ayrışma pili - elektrolitik ayrışmanın (yan) reaksiyonuna sahip bir hücre
• dikromat pil - dikromat çözeltili (birincil) hücre
• deplasmanlı akü - (yan) elektrolitik değiştirme reaksiyonuna sahip bir hücre
• iki değerlikli gümüş oksit pil - gümüşün iki değerlikli duruma oksidasyonuna sahip bir hücre
• çift ​​akışkanlı akü - iki akışkanlı eleman
• varil depolama - nikel-çinko pil
• kuru pil - kuru pil
• kuru pil - kuru pil
• kuru şarjlı pil - kuru şarjlı pillerin pili
• kuru şarjlı pil - kuru şarjlı pil
• Edison pili - nikel-demir pil
• elektrik pili - galvanik pil (birincil hücrelerin, akümülatörlerin veya yakıt hücrelerinin pili)
• elektrik pili - galvanik hücre (birincil hücre), pil veya yakıt hücresi
• acil durum pilleri - acil durum pilleri
• acil durum aküsü - acil durum aküsü
• uç piller - yedek piller
• Faraday pili - Faraday hücresi
• Faure depolama pili - yapıştırılmış plakalı pil
• filamanlı pil - filamanlı pil
• yüzer akü - yedek akü (ana aküye paralel bağlı)
• Grenet pili - (çinko dikromat) Grenet hücresi
• galvanik pil - galvanik hücre modunda elektrokimyasal hücre
• şebeke aküsü - şebeke aküsü, deplasmanlı akü
• ızgara öngerilimli pil - öngerilimli pil, ızgara pili
• Lalande pil - (alkali bakır çinko oksit) Lalande hücresi
• Leclanche pili - (manganez-çinko) Leclanche hücresi
• kurşun (-asit) akü - asit (kurşun) akü
• kurşun-asit (kurşun depolama) akü - kurşun (asit) akülerin aküsü
• kurşun-kalsiyum pil - kurşun-kalsiyum hücresi
• kurşun dioksit birincil pil - kurşun dioksit birincil hücre
• hat aküsü - tampon akü
• lityum pil - lityum anotlu bir hücre
• lityum-demir sülfit ikincil pil - demir-lityum klorür pil
• lityum-gümüş kromat pil - gümüş-lityum kromat hücresi
• lityum-su pili - lityum-su hücresi
• uzun ıslak dayanma ömrüne sahip pil - su altındayken uzun raf ömrüne sahip bir pil pili
• magnezyum pil - magnezyum anotlu birincil hücre
• magnezyum cıva oksit pil - magnezyum oksit-cıva pil
• magnezyum-bakır klorür pil - bakır-magnezyum klorür hücresi
• magnezyum-gümüş klorür pil - gümüş-magnezyum klorür hücresi
• magnezyum-su bataryası - magnezyum-su bataryası
• cıva pili - (kuru) cıva-çinko hücresi
• cıva pili - (kuru) cıva-çinko hücrelerin pili
• metal hava aküsü - metal hava aküsü
• nicad (nikel-kadmiyum) pil - nikel-kadmiyum pil
• nikel-kadmiyum pil - nikel-kadmiyum pil
• nikel-demir pil - nikel-demir pil
• nikel-demir pil - nikel-demir pil
• Plante akü - keten ayırıcılı kurşun (asit) akü
• pilot aküsü - aküyü kontrol edin
• plakalı pil - anot pil
• takılabilir pil - değiştirilebilir pil
• taşınabilir pil - taşınabilir pil
• birincil pil - (birincil) eleman
• birincil pil - (birincil) hücrelerin pili
• sessiz pil - mikrofon pili
• Ruben pil - (kuru) cıva-çinko hücresi
• şarj edilebilir pil - pillerin pili
• şarj edilebilir pil - şarj edilebilir elemanların pili
• yedek pil - yedek pilin galvanik elemanı
• çalan batarya - çalan (telefon) bataryası
• sal-amonyak pili - amonyum tuzlarının çözeltilerini içeren (birincil) hücre
• doymuş standart pil - doymuş normal hücre
• kapalı pil - kapalı pil
• kapalı pil - kapalı (birincil) eleman
• ikincil pil - pillerin pili
• sinyal pili - arama (telefon) pili
• gümüş-kadmiyum depolama pili - gümüş-kadmiyum pillerin pili
• gümüş oksit pil - gümüş katotlu (birincil) hücre
• gümüş-çinko birincil pil - gümüş-çinko birincil hücre
• gümüş-çinko depolama pili - gümüş-çinko pillerin pili
• güneş pili - güneş pili
• standart Daniel pili - (bakır-çinko) normal Daniel hücresi
• bekleme pili - acil durum pili
• sabit pil - sabit pil depolama pili - pillerin pili
• konuşan pil - mikrofon pili
• Voltaik pil - Volta elemanı; metal elektrotlu ve sıvı elektrolitli eleman
• Weston (standart) pil - (cıva-kadmiyum) normal Weston hücresi
• ıslak akü - sıvı elektrolitli hücre
• çinko-hava pili - çinko hava hücrelerinin pili
• çinko-klor pil - çinko klor pil
• çinko-bakır-oksit pil - bakır-çinko oksit hücresi
• çinko-demir pil - çinko demir hücresi
• çinko-manganez dioksit pili - manganez-çinko hücrelerinin pili
• çinko-cıva-oksit pil - çinko-cıva oksit hücresi
• çinko-nikel pil - nikel-çinko pil
• çinko-gümüş-klorür birincil pil - gümüş-çinko klorür birincil hücre

giriiş

Kimyasal akım kaynakları (CHS) uzun yıllardan beri hayatımızın bir parçası haline gelmiştir. Günlük yaşamda tüketici, kullanılan HIT'ler arasındaki farklara nadiren dikkat eder. Onun için bunlar piller ve akümülatörlerdir. Genellikle el feneri, oyuncak, radyo veya araba gibi cihazlarda kullanılırlar.

Çoğu zaman piller ve akümülatörler görünümleriyle ayırt edilir. Ancak pillerle aynı şekilde tasarlanmış piller de vardır. Örneğin dış görünüş KNG-1D pili klasik R6C AA pillerden çok az farklıdır. Ve tam tersi. Şarj edilebilir piller ve disk tipi piller de görünüş olarak birbirinden ayırt edilemez. Örneğin, bir D-0,55 pil ve bir basma düğmeli cıva hücresi (pil) RC-82.

Bunları birbirinden ayırt edebilmek için tüketicinin HIT gövdesi üzerindeki işaretlere dikkat etmesi gerekmektedir. Pil ve akümülatörlerin mahfazalarına uygulanan işaretler Bölüm 1 ve 2'de şekil ve tablolarda anlatılmıştır. Cihazınız için güç kaynağını doğru seçmek için bu gereklidir.

Taşınabilir ses, video ve diğer enerji yoğun ekipmanların ortaya çıkışı, HIT'in enerji yoğunluğunun, güvenilirliğinin ve dayanıklılığının artırılmasını gerektirdi.

Bu kitap, en uygun HIT'i seçmeye yönelik teknik özellikleri ve yöntemleri, pillerin ve akümülatörlerin şarj edilmesi, geri yüklenmesi, çalıştırılması ve ömrünün uzatılması için yöntemleri açıklamaktadır.

Okuyucu, kimyasal atık ürünlerinin güvenliği ve imhası konusunda dikkatli olması konusunda uyarılmaktadır.

Güç tüketiminin nispeten yüksek olduğu durumlarda (10Ah), esas olarak asit, nikel-demir ve nikel-kadmiyum piller kullanılır. Taşınabilir bilgisayarlarda (Laptop, Notebook, Palmtop), giyilebilir iletişim ekipmanlarında, acil aydınlatmalarda vb. kullanılırlar.

Kitapta araba akülerinin özel bir yeri var. Pilleri şarj etmek ve geri yüklemek için kullanılan cihazların şemaları verilmiş ve 5...8 yıllık çalışma için bakım gerektirmeyen "dryfit" teknolojisi kullanılarak oluşturulan yeni kapalı piller anlatılmıştır. İnsanlara veya ekipmanlara zararlı etkileri yoktur.

Son yıllarda bu tür piller, olası pik yükler için enerji biriktiren bilgisayarlar ve elektromekanik sistemler için yedek güç kaynaklarında ve hayati sistemlerin acil durum güç kaynağında yaygın olarak kullanılmaktadır.

Her bölümün başında pil ve akümülatörlerin tanımlarında ve etiketlenmesinde kullanılan özel İngilizce terimler sözlüğü bulunmaktadır. Kitabın sonunda birleştirilmiş bir terimler sözlüğü bulunmaktadır.

Pratik açıdan ilgi çekici geniş bir uygulama yelpazesi için CCI'lerin temel özellikleri Tablo B.1'de verilmiştir.

BÖLÜM 1
GALVANİK AKIM KAYNAKLARI, TEK HAREKET

Tek kullanımlık galvanik akım kaynakları, ayırıcının aktif malzemesi tarafından emilen bir elektroliti ve elektrotları (anot ve katot) içeren birleşik bir kaptır, bu nedenle bunlara kuru hücreler denir. Bu terim, sıvı elektrolit içermeyen tüm hücreleri ifade etmek için kullanılır. Yaygın kuru hücreler arasında çinko-karbon veya Leclanche hücreleri bulunur.

Kuru piller düşük akımlarda ve aralıklı çalışma modlarında kullanılır. Bu nedenle bu tür elemanlar telefonlarda, oyuncaklarda, alarm sistemlerinde vb. yaygın olarak kullanılmaktadır.

Kuru elemanların kullanıldığı cihazların yelpazesi çok geniş olduğundan ve ayrıca periyodik olarak değiştirilmeleri gerektiğinden, boyutlarına ilişkin standartlar bulunmaktadır. Farklı üreticiler tarafından üretilen Tablo 1.1 ve 1.2'de verilen elemanların boyutlarının, pimlerin konumu ve spesifikasyonlarında belirtilen diğer özelliklere göre biraz farklılık gösterebileceğini vurgulamak gerekir.

Deşarj işlemi sırasında kuru hücrelerin voltajı, nominal voltajdan kesme voltajına düşer (kesme voltajı, akünün minimum enerji verebildiği minimum voltajdır), yani. uygulamaya bağlı olarak tipik olarak 1,2V ila 0,8V/hücre. Elemana bağlandığında deşarj olması durumunda sürekli direnç devreyi kapattıktan sonra, terminallerindeki voltaj, orijinal voltajın biraz altında, belirli bir değere keskin bir şekilde düşer. Bu durumda akan akıma ilk deşarj akımı denir.

Kuru hücrenin işlevselliği akım tüketimine, kesme voltajına ve deşarj koşullarına bağlıdır. Deşarj akımı azaldıkça elemanın verimliliği artar. Kuru hücreler için 24 saatten daha kısa süreli sürekli deşarj, yüksek hızlı deşarj olarak sınıflandırılabilir.

Kuru bir hücrenin elektrik kapasitesi, belirli bir son gerilimde sabit bir direnç üzerinden deşarj için, ilk deşarja bağlı olarak saat cinsinden belirtilir ve bir grafik veya tablo halinde sunulur. Belirli bir akü için üretici tablosunun veya tablosunun kullanılması tavsiye edilir. Bunun nedeni yalnızca ürünün özelliklerini dikkate alma ihtiyacı değil, aynı zamanda her üreticinin ürünlerinin en iyi kullanımı konusunda kendi önerilerini vermesidir. Tablo 1.3 ve Tablo 1.5'te son dönemde mağazalarımızın raflarında en sık görülen galvanik hücrelerin teknik özellikleri sunulmaktadır.

Pilin iç direnci, örneğin flaşlı bir kamerada kullanıldığında gereken akımı sınırlayabilir. Bir pilin kısa bir süre için sağlayabileceği başlangıçtaki kararlı akıma flaş akımı denir. Eleman tipi tanımı şunları içerir: harf atamaları doğru ve alternatif akımda ölçülen, elemanın flaş akımlarına ve iç direncine karşılık gelen (tablo 1.4). Flaş akımının ve iç direncin ölçülmesi çok zordur ve hücrelerin raf ömrü uzun olabilir ancak flaş akımı azalabilir.

1.1. GALVANİK HÜCRE TÜRLERİ

Karbon-çinko elementleri

Karbon-çinko elementleri (manganez-çinko) en yaygın kuru elementlerdir. Karbon-çinko hücreleri, bir manganez dioksit (MnO2) anotu, bir amonyum klorür elektroliti ve bir çinko katotu ile temas halinde olan bir pasif (karbon) akım toplayıcıyı kullanır. Elektrolit macun formundadır veya gözenekli diyaframı emprenye eder. Böyle bir elektrolit biraz hareketlidir ve yayılmaz, bu nedenle elementlere kuru denir.

Karbon-çinko hücresinin nominal voltajı 1,5 V'tur.

Kuru elemanlar silindirik bir şekle (Şekil 1.1), bir disk şekline (Şekil 1.2) ve dikdörtgen bir şekle sahip olabilir. Dikdörtgen elemanların tasarımı disk olanlara benzer. Çinko anot, aynı zamanda bir kap olan silindirik bir cam formunda yapılır. Disk elemanları bir çinko levha, bir elektrolit çözeltisi ile emprenye edilmiş bir karton diyafram ve sıkıştırılmış bir pozitif elektrot tabakasından oluşur. Disk elemanları birbirine seri olarak bağlanır, elde edilen pil yalıtılır ve bir kutu içinde paketlenir.

Kömür-çinko elementleri, işletmedeki bir mola sırasında “geri yüklenir”. Bu fenomen, deşarj işlemi sırasında ortaya çıkan elektrolit bileşimindeki yerel homojensizliklerin kademeli olarak hizalanmasından kaynaklanmaktadır. Periyodik "dinlenme" sonucunda elemanın servis ömrü uzar.

İncirde. Şekil 1.3, aralıklı çalışma modu kullanıldığında, sabit modla karşılaştırıldığında D elemanının çalışma süresindeki artışı gösteren üç boyutlu bir diyagram sunmaktadır. Elemanları yoğun bir şekilde kullanırken bu dikkate alınmalıdır (ve bir setin işlevselliği geri yüklemek için yeterli süreye sahip olması için çalışma için birkaç set kullanın. Örneğin, bir oynatıcıyı kullanırken, bir pil setinin kullanılması önerilmez. art arda iki saatten fazla İki seti değiştirirken çalışma süresi öğeleri üç kat artar.

Karbon-çinko elementlerinin avantajı nispeten düşük maliyetleridir. Önemli dezavantajları arasında deşarj sırasında voltajda önemli bir azalma, düşük güç yoğunluğu (5...10 W/kg) ve kısa raf ömrü yer alır.

Düşük sıcaklıklar galvanik hücrelerin kullanım verimliliğini azaltır ve pilin dahili ısınması bunu artırır. Sıcaklığın galvanik hücrenin kapasitansı üzerindeki etkisi Şekil 2'de gösterilmektedir. 1.4. Sıcaklıktaki bir artış, elektrolitte bulunan su nedeniyle çinko elektrotun kimyasal korozyonuna ve elektrolitin kurumasına neden olur. Bu faktörler, pili yüksek sıcaklıklarda tutarak ve önceden hazırlanmış bir delikten hücreye bir salin solüsyonu vererek bir şekilde telafi edilebilir.

Alkali elementler

Karbon-çinko hücreleri gibi, alkalin hücreler de ayrı bir elektrolitle birlikte bir MnO2 anotu ve bir çinko katodu kullanır.

Alkali hücreler ile karbon-çinko hücreler arasındaki fark, alkalin elektrolitin kullanılmasıdır, bunun sonucunda deşarj sırasında neredeyse hiç gaz çıkışı olmaz ve hava geçirmez şekilde kapatılabilirler; bu da birçok uygulama için çok önemlidir. .

Alkali hücrelerin voltajı, aynı koşullar altında karbon-çinko hücrelerin voltajından yaklaşık 0,1 V daha azdır. Bu nedenle bu unsurlar birbirinin yerine kullanılabilir.

Alkali elektrolitli hücrelerin voltajı, tuz elektrolitli hücrelerinkinden önemli ölçüde daha az değişir. Alkali elektrolit içeren hücreler ayrıca daha yüksek özgül enerjiye (65...90 Wh/kg), özgül güce (100...150 kWh/m3) ve daha uzun raf ömrüne sahiptir.

Manganez-çinko hücrelerin ve pillerin şarj edilmesi asimetrik alternatif akımla gerçekleştirilir. Hücreleri herhangi bir konsantrasyondaki tuz veya alkalin elektrolitle şarj edebilirsiniz, ancak fazla deşarj olmadan ve çinko elektrotlara zarar vermeden. Belirlenen son kullanma tarihi içerisinde bu türden hücre veya pil, işlevselliği birden çok kez (6...8 kez) geri yükleyebilirsiniz.

Kuru pillerin ve hücrelerin şarj edilmesi, gerekli formda bir şarj akımı elde etmenizi sağlayan özel bir cihazdan gerçekleştirilir: bileşenlerin şarj ve deşarj oranı 10:1 ve bu bileşenlerin darbe sürelerinin oranı 1: 2. Bu cihaz saat pillerini şarj etmenize ve eski küçük pilleri etkinleştirmenize olanak tanır. Saat pillerini şarj ederken şarj akımı 2 mA'yi geçmemelidir. Şarj süresi 5 saatten fazla değildir. Pilleri şarj etmek için böyle bir cihazın şeması Şek. 1.5.

Burada, şarj edilmekte olan pil, dirençli iki paralel bağlı diyot zinciri aracılığıyla bağlanır. Dirençlerin dirençlerindeki farklılık sonucunda asimetrik şarj akımı elde edilir. Şarjın sonu, aküdeki voltaj artışının durmasıyla belirlenir. Trafo ikincil voltajı şarj cihazıçıkış voltajı elemanın nominal voltajını %50...60 oranında aşacak şekilde seçilir.

Açıklanan cihazı kullanarak pil şarj etme süresi yaklaşık 12...16 saat olmalıdır. Şarj kapasitesi, nominal akü kapasitesinden yaklaşık %50 daha fazla olmalıdır.

Cıva elemanları

Cıva elementleri alkali elementlere çok benzer. Cıva oksit (HgO) kullanırlar. Katot çinko tozu ve cıva karışımından oluşur. Anot ve katot, bir ayırıcı ve %40 alkali solüsyonla emprenye edilmiş bir diyaframla ayrılır.

Bu unsurlar var uzun vade depolama ve daha yüksek kapasiteler (aynı hacimde). Cıva hücresinin voltajı, alkalin hücrenin voltajından yaklaşık 0,15 V daha düşüktür.

Cıva elementleri, yüksek spesifik enerji (90...120 Wh/kg, 300...400 kWh/m3), voltaj kararlılığı ve yüksek mekanik mukavemet ile karakterize edilir.

Küçük boyutlu cihazlar için RC-31S, RC-33S ve RC-55US tiplerinin modernize edilmiş elemanları oluşturulmuştur. RC-31S ve RC-55US elemanlarının özgül enerjisi 600 kWh/m3, RC-33S elemanlarının özgül enerjisi ise 700 kWh/m3'tür. RC-31S ve RC-33S elemanları saatlere ve diğer ekipmanlara güç sağlamak için kullanılır. RC-55US elemanları tıbbi ekipmanlara, özellikle de vücuda yerleştirilebilir tıbbi cihazlara yöneliktir.

RC-31S ve RC-33S elemanları sırasıyla 10 ve 18 µA akımlarda 1,5 yıl boyunca çalışır ve RC-55US elemanı implante tıbbi cihazların 5 yıl boyunca çalışmasını sağlar. Tablo 1.6'dan da anlaşılacağı gibi, bu elemanların nominal kapasitesi, tanımlarına uymuyor.

Cıva elemanları 0 ila +50oC sıcaklık aralığında çalışır; +70oC'ye kadar sıcaklıklarda çalışabilen soğuğa dayanıklı RC-83X ve RC-85U ve ısıya dayanıklı elemanlar RC-82T ve RC-84 vardır. . Çinko tozu (negatif elektrot) yerine indiyum ve titanyum alaşımlarının kullanıldığı element modifikasyonları mevcuttur.

Cıva az bulunur ve zehirli olduğundan, cıva hücreleri tamamen kullanıldıktan sonra atılmamalıdır. Geri dönüştürülmeleri gerekir.

Gümüş elemanlar

Ag2O ve AgO'dan yapılmış "gümüş" katotlara sahiptirler. Karşılaştırılabilir koşullar altında voltajları karbon-çinko olanlardan 0,2 V daha yüksektir.

Lityum hücreleri

Organik bir elektrolit olan lityum anotları ve çeşitli malzemelerden yapılmış katotları kullanırlar. Çok uzun raf ömrüne sahiptirler, enerji yoğunlukları yüksektir ve su içermedikleri için geniş sıcaklık aralığında çalışabilirler.

Lityum tüm metallere göre en yüksek negatif potansiyele sahip olduğundan, lityum hücreleri minimum boyutlara sahip en yüksek nominal voltajla karakterize edilir (Şekil 1.6). Özellikler lityum galvanik hücreler Tablo 1.7'de verilmiştir.

Bu tür elementlerde çözücü olarak genellikle organik bileşikler kullanılır. Çözücüler aynı zamanda reaktif maddeler olan SOCl2 gibi inorganik bileşikler de olabilir.

İyonik iletkenlik, büyük anyonlara sahip tuzların çözücülere eklenmesiyle sağlanır, örneğin: LiAlCl4, LiClO4, LiBFO4. Özel elektiriksel iletkenlik sulu olmayan elektrolit çözeltileri, sulu çözeltilerin iletkenliğinden 1...2 kat daha düşüktür. Ayrıca içlerindeki katodik işlemler genellikle yavaş ilerler, bu nedenle sulu olmayan elektrolit içeren hücrelerde akım yoğunlukları düşüktür.

Lityum hücrelerin dezavantajları, lityumun yüksek fiyatı ve üretimleri için özel gereksinimler (inert atmosfer ihtiyacı, sulu olmayan çözücülerin saflaştırılması) nedeniyle nispeten yüksek maliyetlerini içerir. Ayrıca bazı lityum hücrelerin açıldığında patlayıcı olduğu da dikkate alınmalıdır.

Bu tür elemanlar genellikle 1,5 V ve 3 V voltajlı bir düğme tasarımında yapılır. Sabit modda yaklaşık 30 μA veya aralıklı modlarda 100 μA tüketimli devrelere başarıyla güç sağlarlar. Lityum hücreler, bellek devreleri, ölçüm cihazları ve diğer yüksek teknolojili sistemler için yedek güç kaynaklarında yaygın olarak kullanılmaktadır.

BÖLÜM 1.2 DÜNYANIN LİDER FİRMALARININ PİLLERİ

Son yıllarda çinko hava da dahil olmak üzere Leclanche elementlerinin alkalin analoglarının üretim hacmi arttı (bkz. Tablo B1).

Örneğin, Avrupa'da alkali manganez-çinko elementlerinin üretimi 1980'de gelişmeye başladı ve 1983'te toplam üretimin% 15'ine ulaştı.

Serbest elektrolitin kullanımı, otonom olanların kullanılma olasılığını sınırlar ve esas olarak sabit HIT'te kullanılır. Bu nedenle, insan sağlığına ve çevreye ciddi tehlikeler oluşturan cıva ve kadmiyum gibi elementlerden arındırılmış, kuru hücreler veya kalınlaştırılmış elektrolit içeren hücreler oluşturmayı amaçlayan çok sayıda çalışma bulunmaktadır.

Bu eğilim, alkali kimyasalların klasik tuz elementlerine kıyasla avantajlarının bir sonucudur:

yapıştırılmış bir anotun kullanılması nedeniyle deşarj akımı yoğunluklarında önemli bir artış;

aktif kütlelerin yükünü artırma olasılığı nedeniyle kimyasal ısıtma ekipmanının kapasitesinin arttırılması;

alkalin bir elektrolit içindeki dioksijenin elektro-indirgenme reaksiyonunda mevcut katot malzemelerinin daha fazla aktivitesi nedeniyle çinko hava bileşimlerinin (6F22 tipi elementler) oluşturulması.

Piller Duracell'den (ABD)

Duracell, tek kullanımlık alkalin galvanik kaynakların üretiminde dünyada tanınmış bir liderdir. Şirketin geçmişi 40 yılı aşkın bir geçmişe dayanıyor.

Şirketin kendisi Amerika Birleşik Devletleri'nde bulunmaktadır. Avrupa'da fabrikaları Belçika'da bulunmaktadır. Hem yurt içi hem de yurt dışındaki tüketicilere göre Duracell piller popülerlik, kullanım süresi ve fiyat-kalite oranı açısından lider konumda bulunuyor.

Duracell'in Ukrayna pazarındaki görünümü tüketicilerimizin ilgisini çekti.

Lityum kaynaklarındaki deşarj akımı yoğunlukları (diğer HIT'lerle karşılaştırıldığında) 1 mA/cm2 civarında yüksek değildir (bkz. sayfa 14). 10 yıl garantili raf ömrü ve düşük akım deşarjı ile Duracell lityum hücrelerini yüksek teknolojili sistemlerde kullanmak mantıklıdır.

Titanyum dioksit (TiO2) ve diğer teknolojik özellikleri kullanan ABD patentli EXRA-POWER teknolojisi, Duracell manganez-çinko kimyasal reaktörlerinin gücünü ve verimliliğini artırmaya yardımcı olur.

Duracell alkalin hücrelerinin çelik gövdesinin içinde, macun benzeri bir elektroliti iğne katoduyla temas halinde tutan silindirik bir grafit toplayıcı bulunur.

Elemanların garantili raf ömrü 5 yıl olup aynı zamanda raf ömrü sonunda ambalaj üzerinde belirtilen elemanın kapasitesi garanti edilmektedir.

Duracell HIT'in teknik özellikleri Tablo 1.8'de verilmiştir.

Varta endişesinden piller (Almanya)

Varta endişesi HIT üretiminde dünya liderlerinden biridir. Endişenin 25 fabrikası 100'den fazla ülkede bulunuyor ve 1.000'den fazla pil türü üretiyor.

Ana üretim tesisleri Sabit Endüstriyel Piller Bölümü tarafından işgal edilmektedir. Bununla birlikte, saat pillerinden kapalı pillere kadar yaklaşık 600 tür voltaik hücre, endişenin ABD, İtalya, Japonya, Çek Cumhuriyeti vb. Ülkelerdeki Enstrüman Pilleri Departmanı tarafından coğrafi bölgeye bakılmaksızın sabit kalite garantisi ile fabrikalarında üretilmektedir. bitkinin yeri. Ay'a ayak basan ilk insanın fotoğraf makinesi Varta pilleriyle çalışıyordu.

Tüketicilerimiz tarafından oldukça iyi biliniyorlar ve sürekli talep görüyorlar.

HIT'in teknik özellikleri Varta'yı endikasyonla ilgilendiriyor yerli analoglar Tablo 1.9'da verilmiştir.

BÖLÜM 2. PİLLER

Piller yeniden kullanılabilen kimyasal elektrik enerjisi kaynaklarıdır. İki elektrot (pozitif ve negatif), bir elektrolit ve bir mahfazadan oluşurlar. Pilde enerji birikmesi, elektrotların oksidasyon-redüksiyonunun kimyasal reaksiyonu sırasında meydana gelir. Pil boşaldığında ters işlemler meydana gelir. Akü voltajı, sabit bir yükte akünün kutupları arasındaki potansiyel farktır.

Kaynakça

1. Kaufman M., Sidman. A.G.
   Elektronikte devre hesaplamaları için pratik bir rehber. Dizin. 2 ciltte: Çev. İngilizce / Ed. F.N. Pokrovsky. M.: Energoatomizdat, 1991. 368 s.
2. Tereşçuk R.M. vb. Küçük boyutlu ekipmanlar. Amatör Radyo El Kitabı. K.: Naukova Dumka, 1975. 557 s.
3. Sena L.A. Fiziksel büyüklük birimleri ve boyutları. Eğitim ve referans kılavuzu. 3. baskı, revize edildi. ve ek M.: Bilim. Ch. ed. fizik ve matematik yanıyor, 1988. 432 s.
4. Deordiev S.S. Piller ve bakımı. K.: Technika, 1985. 136 s.
5. Elektrik referans kitabı. 3 ciltte. Elektrikli ürünler ve cihazlar/genel olarak. ed. Moskova Enerji Mühendisliği Enstitüsü profesörleri (baş editör I.N. Orlov) ve diğerleri 7. baskı. 6 devir. ve ek M.: Energoatomizdat, 1986. 712 s.
6. Dijital ve analog Entegre devreler. Dizin. Ed. S.V. M.: Radyo ve iletişim, 1990. 496 s.
7. Semushkin S. Güncel kaynaklar ve uygulamaları. "Radyo", 1978. 2.3.
8. Veksler G.S. Güç kaynağı cihazlarının hesaplanması. K.: Tekhnika, 1978. 208 s.
9. Lisovsky F.V., Kalugin I.K. İngilizce-Rusça radyo elektroniği sözlüğü. 2. baskı, revize edildi. ve ek TAMAM. 63.000 terim. M.: Rusya. Lang., 1987.
10. Bagotsky V.S., Skundin A.M. Kimyasal akım kaynakları. M.: Energoizdat, 1981. 360 s.
11. Crompton T. Birincil akım kaynakları. M.: Mir, 1986. 326 s.

okumaya devam et

Farklı galvanik hücre türleri kimyasal enerjilerini elektrik akımına dönüştürür. Adlarını bu tür ilk deneyleri ve araştırmaları yürüten İtalyan bilim adamı Galvani'nin onuruna aldılar. Elektrik, iki metalin (genellikle çinko ve bakır) bir elektrolit içerisinde kimyasal reaksiyonuyla üretilir.

Çalışma prensibi

Bilim adamları asit içeren kaplara bakır ve çinko levha yerleştirdiler. Bir iletken ile bağlandılar, birincisinde gaz kabarcıkları oluştu ve ikincisi çözülmeye başladı. Bu, elektrik akımının iletkenden aktığını kanıtladı. Galvani'den sonra Volt deneylere başladı. Dikey bir sütuna benzer silindirik bir eleman yarattı. Önceden asitle emprenye edilmiş çinko, bakır ve kumaş halkalardan oluşuyordu. İlk elemanın yüksekliği 50 cm idi ve ürettiği voltaj bir kişi tarafından hissedildi.

Çalışma prensibi, elektrolitik bir ortamdaki iki metal türünün etkileşime girmesi ve bunun sonucunda akımın dış devreden akmaya başlamasıdır. Modern galvanik hücrelere ve pillere pil denir. Gerilimleri kullanılan metale bağlıdır. Cihaz yumuşak sacdan yapılmış bir silindirin içine yerleştirilmiştir. Elektrotlar oksidatif ve indirgeme püskürtmeli ağlardır.

Kimyasal enerjiyi elektriğe dönüştürmek, pillerin özelliklerini geri kazanma olasılığını ortadan kaldırır. Sonuçta, eleman çalışırken reaktifler tüketilir ve bu da akımın azalmasına neden olur. İndirgeyici madde genellikle lityum veya çinkodan gelen negatif kurşundur. Operasyon sırasında elektronlarını kaybeder. Pozitif kısım metal tuzlarından veya magnezyum oksitten yapılır, oksitleyici bir maddenin işini yapar.

Normal koşullar altında elektrolit, akımın geçmesine izin vermez; yalnızca devre kapatıldığında iyonlara ayrışır. İletkenliğin ortaya çıkmasına neden olan şey budur. Elektrolit olarak asit çözeltisi, sodyum veya potasyum tuzları kullanılır.

Element çeşitleri

Piller cihazlara, cihazlara, ekipmanlara ve oyuncaklara güç sağlamak için kullanılır. Şemaya göre tüm galvanik elemanlar çeşitli tiplere ayrılmıştır:

• salin;
• alkalin;
• lityum

En popüler olanı çinko ve manganezden yapılmış tuz pilleridir. Öğe güvenilirliği, kaliteyi ve uygun fiyatı birleştirir. Ancak son dönemde beyaz eşya üreten firmalardan gelen taleplerin giderek artması nedeniyle üreticiler, üretimlerini azaltıyor veya tamamen durduruyor. Bu tip galvanik pillerin ana avantajları:

• farklı alanlarda kullanılmasına izin veren evrensel parametreler;
• kolay operasyon;
• düşük maliyetli;
• basit koşullarüretme;
• erişilebilir ve ucuz hammaddeler.

Dezavantajları arasında kısa servis ömrü (iki yıldan fazla değil), düşük sıcaklıklardan dolayı özelliklerde azalma, artan akımla kapasitede azalma ve çalışma sırasında voltajda azalma sayılabilir. Tuz pilleri boşaldığında elektrotun pozitif hacmi elektroliti dışarı ittiğinden sızıntı yapabilirler. İletkenlik grafit ve karbon siyahı ile arttırılır, aktif karışım manganez dioksitten oluşur. Servis ömrü doğrudan elektrolit hacmine bağlıdır.

Geçen yüzyılda ilk alkali elementler ortaya çıktı. İçlerindeki oksitleyici maddenin rolü manganez tarafından oynanır ve indirgeyici madde çinko tozudur. Pil gövdesi korozyonu önlemek için birleştirilmiştir. Ancak cıva kullanımı yasak olduğundan çinko tozu ve pas önleyici karışımlarla kaplandı.

Galvanik hücre cihazındaki aktif madde bunlar çinko, indiyum, kurşun ve alüminyumdur. Aktif kütle is, manganez ve grafit içerir. Elektrolit potasyum ve sodyumdan yapılır. Kuru toz, pil performansını önemli ölçüde artırır. Tuz çeşitleriyle aynı boyutlara sahip olan alkalinlerin kapasitesi daha fazladır. Şiddetli donlarda bile iyi çalışmaya devam ediyorlar.

Lityum piller modern teknolojiye güç sağlamak için kullanılıyor. Pil ve akümülatör şeklinde üretilirler. farklı boyutlar. İlki katı bir elektrolit içerirken, diğer cihazlar sıvı bir elektrolit içerir. Bu seçenek gerektiren cihazlar için uygundur. kararlı voltaj ve ortalama mevcut ücretler. Lityum piller birden fazla kez şarj edilebilir Piller bir kez kullanılır, açılmaz.

Uygulama kapsamı

Galvanik hücrelerin üretimi için bir takım gereksinimler vardır. Pil kutusu güvenilir ve mühürlü olmalıdır. Elektrolit dışarı sızmamalı ve yabancı maddelerin cihaza girmesine izin verilmemelidir. Bazı durumlarda sıvı dışarı sızdığında alev alabilir. Hasarlı bir ürün kullanılamaz. Tüm pillerin boyutları hemen hemen aynıdır, yalnızca pillerin boyutları farklıdır. Elemanlar farklı şekillerde olabilir: silindirik, prizmatik veya disk.

Tüm cihaz türlerinin ortak avantajları vardır: Kompakt ve hafiftirler, farklı çalışma sıcaklığı aralıklarına uyarlanmıştır, büyük kapasiteye sahiptirler ve farklı koşullar altında stabil çalışırlar. Bazı dezavantajlar da vardır, ancak bunlar belirli öğe türleriyle ilgilidir. Tuzlu olanlar uzun süre dayanmaz, lityum olanlar basınçsız bırakıldığında tutuşabilecek şekilde tasarlanmıştır.

Pillerin uygulamaları çoktur:

• dijital teknoloji;
• Çocuk oyuncakları;
• Tıbbi cihazlar;
• savunma ve havacılık endüstrisi;
• uzay üretimi.

Galvanik hücrelerin kullanımı kolay ve ekonomiktir. Ancak bazı türlerin dikkatli kullanılması ve hasar görmesi durumunda kullanılmaması gerekir. Pilleri satın almadan önce, çalıştıracakları cihazın talimatlarını dikkatlice incelemelisiniz.

Düşük güçlü elektrik enerjisi kaynakları

Galvanik hücreler ve piller, taşınabilir elektrikli ve radyo ekipmanlarına güç sağlamak için kullanılır.

Galvanik hücreler- bunlar tek eylem kaynaklarıdır, piller- yeniden kullanılabilir kaynaklar.

En basit galvanik eleman

En basit element iki şeritten yapılabilir: sülfürik asitle hafifçe asitlendirilmiş suya batırılmış bakır ve çinko. Çinko, yerel reaksiyonlardan arınacak kadar safsa, bakır ve çinko tel ile bağlanana kadar gözle görülür bir değişiklik meydana gelmeyecektir.

Ancak şeritlerin birbirlerine göre farklı potansiyelleri vardır ve bir tel ile bağlandıklarında içinde bir a belirecektir. Bu işlem ilerledikçe çinko şerit yavaş yavaş çözülecek ve bakır elektrotun yakınında gaz kabarcıkları oluşacak ve yüzeyinde toplanacaktır. Bu gaz elektrolitten oluşan hidrojendir. Elektrik akımı bakır şeritten tel boyunca çinko şeride ve buradan elektrolit yoluyla tekrar bakıra akar.

Yavaş yavaş, elektrolitin sülfürik asidinin yerini çinko elektrotun çözünmüş kısmından oluşan çinko sülfat alır. Bundan dolayı elemanın voltajı azalır. Ancak bakır üzerinde gaz kabarcıklarının oluşması nedeniyle daha da büyük bir voltaj düşüşü meydana gelir. Bu eylemlerin her ikisi de "kutuplaşma" yaratır. Bu tür unsurların neredeyse hiçbir pratik önemi yoktur.

Galvanik hücrelerin önemli parametreleri

Galvanik hücreler tarafından sağlanan voltajın büyüklüğü yalnızca türlerine ve tasarımlarına, yani elektrotların malzemesine ve elektrolitin kimyasal bileşimine bağlıdır, ancak elemanların şekline ve boyutuna bağlı değildir.

Galvanik hücrenin üretebileceği akım miktarı iç direnciyle sınırlıdır.

Galvanik hücrenin çok önemli bir özelliği. Elektrik kapasitesi, bir galvanik veya pil hücresinin tüm çalışma süresi boyunca, yani son deşarj gerçekleşmeden önce sağlayabileceği elektrik miktarı anlamına gelir.

Eleman tarafından verilen kapasite, amper cinsinden ifade edilen deşarj akımının, elemanın deşarj başlangıcına kadar saat olarak boşaltıldığı süre ile çarpılmasıyla belirlenir. tam deşarj. Bu nedenle elektrik kapasitesi her zaman amper-saat (A x h) cinsinden ifade edilir.

Elemanın kapasitesine göre tamamen boşalana kadar kaç saat çalışacağını da önceden belirleyebilirsiniz. Bunu yapmak için kapasiteyi bu eleman için izin verilen deşarj akımına bölmeniz gerekir.

Ancak elektriksel kapasitans kesinlikle sabit bir değer değildir. Elemanın çalışma koşullarına (moduna) ve son deşarj gerilimine bağlı olarak oldukça geniş sınırlar içerisinde değişir.

Eleman maksimum akım gücüyle ve ayrıca kesintisiz olarak boşaltılırsa, önemli ölçüde daha düşük bir kapasiteye sahip olacaktır. Tam tersine, aynı eleman daha düşük bir akımla, sık ve nispeten uzun kesintilerle deşarj edildiğinde, eleman tam kapasitesinden vazgeçecektir.

Nihai deşarj voltajının elemanın kapasitansı üzerindeki etkisine gelince, galvanik hücrenin deşarjı sırasında çalışma voltajının aynı seviyede kalmadığı, yavaş yavaş azaldığı unutulmamalıdır.

Yaygın galvanik hücre türleri

En yaygın galvanik hücreler, tuz ve alkalin elektrolitleri içeren manganez-çinko, manganez-hava, çinko-hava ve cıva-çinko sistemleridir. Tuz elektrolitli kuru manganez-çinko hücrelerin başlangıç ​​voltajı 1,4 ila 1,55 V'dir, çalışma süresi -20 ila -60 o C arasındaki ortam sıcaklıklarında 7 saatten 340 saate kadardır.

Alkali elektrolitli kuru manganez-çinko ve çinko-hava hücreleri, 0,75 ila 0,9 V arasında bir gerilime ve 6 saatten 45 saate kadar çalışma süresine sahiptir.

Kuru cıva-çinko hücreleri 1,22 ila 1,25 V başlangıç ​​voltajına ve 24 saat ila 55 saat çalışma süresine sahiptir.

En büyük garanti süresi kuru cıva-çinko elemanlarının depolama ömrü 30 aya kadardır.

Bunlar ikincil galvanik hücrelerdir.Galvanik hücrelerin aksine, aküde montajdan hemen sonra hiçbir kimyasal işlem meydana gelmez.

Böylece aküde harekete bağlı kimyasal reaksiyonlar başlar elektrik ücretleri elektrotlarının (ve kısmen elektrolitin) kimyasal bileşimini buna göre değiştirmeniz gerekir. Elektrotların kimyasal bileşimindeki bu değişiklik, bataryadan geçen elektrik akımının etkisi altında meydana gelir.

Bu nedenle pilin elektrik akımı üretebilmesi için öncelikle harici bir akım kaynağından gelen doğru elektrik akımı ile “şarj edilmesi” gerekir.

Piller ayrıca, deşarj olduktan sonra tekrar şarj edilebilmeleri açısından geleneksel galvanik hücrelerden olumlu bir şekilde farklıdır. İyi bakım ve normal çalışma koşulları altında piller, binlerce şarj ve deşarja kadar dayanabilir.
Pil cihazı

Şu anda pratikte kurşun ve kadmiyum-nikel piller en sık kullanılmaktadır. Birincisi için elektrolit bir sülfürik asit çözeltisi, ikincisi için ise su içindeki bir alkali çözeltisidir. Kurşun pillere asit piller, nikel-kadmiyum pillere de alkalin piller denir.

Pillerin çalışma prensibi elektrotların polarizasyonuna dayanmaktadır. En basit asit aküsü şu şekilde tasarlanmıştır: bunlar bir elektrolite batırılmış iki kurşun plakadır. Kimyasal ikame reaksiyonunun bir sonucu olarak, plakalar, Pb + H2S04 = PbS04 + H2 formülünden aşağıdaki gibi hafif bir kurşun sülfat PbS04 kaplamasıyla kaplanır.

Asit akü cihazı

Plakaların bu durumu boşalmış bir aküye karşılık gelir. Şimdi pili şarj etmek için açarsanız, yani jeneratöre bağlarsanız doğru akım, daha sonra elektroliz nedeniyle plakaların polarizasyonu başlayacaktır. Pilin şarj edilmesinin bir sonucu olarak plakaları polarize olur, yani yüzeylerinin maddesini değiştirirler ve homojenden (PbS04) farklıya (Pb ve Pb O2) dönüşürler.

Pil bir akım kaynağı haline gelir ve pozitif elektrotu kurşun dioksitle kaplı bir plakadır ve negatif elektrotu temiz bir kurşun plakadır.

Şarjın sonuna doğru, içinde ilave sülfürik asit moleküllerinin ortaya çıkması nedeniyle elektrolit konsantrasyonu artar.

Bu, kurşun asitli akünün özelliklerinden biridir: elektroliti nötr kalmaz ve akünün çalışması sırasında kimyasal reaksiyonlara kendisi katılır.

Deşarjın sonuna doğru her iki akü plakası da yine kurşun sülfatla kaplanır ve bunun sonucunda akü artık bir akım kaynağı olmaktan çıkar. Pil asla bu duruma getirilmez. Plakalarda kurşun sülfatın oluşması nedeniyle deşarj sonunda elektrolit konsantrasyonu azalır. Pili şarja takarsanız tekrar deşarj durumuna getirmek için yine polarizasyona neden olabilirsiniz, vb.

Pil nasıl şarj edilir

Pilleri şarj etmenin birkaç yolu vardır. En basiti, aşağıdaki gibi gerçekleşen normal pil şarjıdır. Başlangıçta 5 - 6 saat boyunca, her akü grubundaki voltaj 2,4 V'a ulaşana kadar çift normal akımla şarj gerçekleştirilir.

Normal şarj akımı şu formülle belirlenir: Şarj ediyorum = Q/16

Q nerede - nominal akü kapasitesi, Ah.

Bundan sonra şarj akımı normal değere düşürülür ve şarjın bittiğine dair işaretler görünene kadar şarj 15 - 18 saat devam eder.

Modern piller

Kadmiyum-nikel veya alkalin piller, kurşun pillerden çok daha sonra ortaya çıktı ve onlarla karşılaştırıldığında daha gelişmiş kimyasal akım kaynaklarıdır. Alkalin pillerin kurşun pillere göre temel avantajı, elektrolitlerinin plakaların aktif kütlelerine göre kimyasal nötrlüğüdür. Bu nedenle alkalin pillerin kendi kendine deşarjı kurşun pillere göre çok daha azdır. Alkalin pillerin çalışma prensibi de elektroliz sırasında elektrotların polarizasyonuna dayanmaktadır.

Radyo ekipmanına güç sağlamak için -30 ila +50 o C arasındaki sıcaklıklarda çalışan ve 400 - 600 şarj-deşarj döngüsüne dayanabilen kapalı kadmiyum-nikel piller üretilir. Bu piller kompakt paralel borular ve birkaç gramdan kilograma kadar kütleye sahip diskler şeklinde yapılır.

Otonom tesislere güç sağlamak için nikel-hidrojen pilleri üretiyorlar. Nikel-hidrojen pilin özgül enerjisi 50 - 60 Wh kg -1'dir.