Химические источники тока
Хими́ческие исто́чники то́ка (аббр. ХИТ) — устройства, в которых энергия протекающих в них химических реакций непосредственно превращается в электрическую энергию.
История химических источников токаПравить
Первый химический источник тока был изобретён итальянским учёным Алессандро Вольта в 1800 году. Это был элемент Вольта — сосуд с солёной водой с опущенными в него цинковой и медной пластинками, соединенных проволкой. Затем учёный собрал батарею из этих элементов, которая в последствии была названа Вольтовым столбом. Это изобретение в последствии использовали другие учёные в своих исследованиях. Так, например, в 1802 году русский академик В. В. Петров сконструировал Вольтов столб из 2100 элементов для получения электрической дуги. В 1836 году английский химик Джон Дэниель усовершенствовал элемент Вольта, поместив цинковый и медный в раствор серной кислоты. Эта конструкция стала называтся «элементом Даниэля». В 1859 году французкий физик Гастон Плантэ изобрёл свинцово-кислотный аккумулятор. Этот тип элемента и по сей день используется в автомобильных аккумуляторах. В 1865 году французский химик Ж. Лекланше предложил свой гальванический элемент (элемент Лекланше), состоявший из цинкового стаканчика, заполненного водным раствором хлористого аммония или другой хлористой соли, в который был помещён агломерат из оксида марганца(IV) MnO2 с угольным токоотводом. Модификация этой конструкции используется до сих пор в солевых батарейках для различных бытовых устройств. В 1890 году в Нью-Йорке Конрад Губерт, иммигрант из России, создаёт первый карманный электрический фонарик. А уже в 1896 году компания National Carbon приступает к массовому производству первых в мире сухих элементов Лекланше «Columbia».
Значение ХИТ в экономике мираПравить
В мире производится ежегодно многие десятки миллиардов первичных химических источников тока (гальванических элементов и батарей), а также миллиарды вторичных электрохимических источников тока (аккумуляторы), и таким образом в экономическом аспекте ХИТ представляют собой очень мощный сектор экономики. Радиоэлектронная промышленность, автомобильная промышленность, медицина, являются наиболее крупными потребителями ХИТ.
Принцип действия химических источников токаПравить
Основу химических источников тока составляют два электрода (анод, содержащий окислитель и катод, содержащий восстановитель), контактирующих с электролитом. Между электродами устанавливается разность потенциалов — электродвижущая сила, соответствующая свободной энергии окислительно-восстановительной реакции. Действие химических источников тока основано на протекании при замкнутой внешней цепи пространственно разделённых процессов: на катоде восстановитель окисляется, образующиеся свободные электроны переходят, создавая разрядный ток, по внешней цепи к аноду, где они участвуют в реакции восстановления окислителя.
В современных химических источниках тока используются:
- в качестве восстановителя (на катоде) — свинец Pb, кадмий Cd, цинк Zn и другие металлы;
- в качестве окислителя (на аноде) — оксид свинца(IV) PbO2, гидрооксид никеля NiOOH, оксид марганца(IV) MnO2 и другие;
- в качестве электролита — растворы щелочей, кислот или солей.
КлассификацияПравить
По возможности или невозможности поврторного использования химические источники тока делятся на:
- гальванические элементы, которые из-за необратимости протекающих в них реакций, невозможно перезарядить;
- электрические аккумуляторы — перезаряжаемые гальванические элементы, которые с помощью внешнего источника тока (зарядного устройства) можно перезарядить;
- топливные элементы (электрохимические генераторы) — устройства, подобные гальваническому элементу, но отличающееся от него тем, что вещества для электрохимической реакции подаются в него извне, а продукты реакций удаляются из него, что позволяет ему функционировать непрерывно.
Следует заметить, что деление элементов на гальванические и аккумуляторы до некоторой степени условное, так как некоторые гальванические элементы, например алкаиновые батарейки, поддаются перезарядке, но эффективность этого процесса крайне низка.
По типу используемого электролита химические источники тока делятся на кислотные (например свинцово-кислотный аккумулятор, свинцово-плавиковый элемент), щелочные (например ртутно-кадмиевый элемент, никель-цинковый аккумулятор) и солевые (например, марганцево-магниевый элемент, цинк-хлорный аккумулятор).
Гальванические элементыПравить
- Смотри также Категория:Гальванические элементы.
АккумуляторыПравить
- Смотри также Категория:Аккумуляторы.
| Тип | Анод | Электролит | Катод | Э.Д.С, В |
|---|---|---|---|---|
| Лантан-фторидный аккумулятор | La | |||
| Литий-ионный аккумулятор | Li | |||
| Литий-полимерный аккумулятор | Li | |||
| Марганцево-оловянный элемент | Sn | |||
| Никель-цинковый аккумулятор | Zn | |||
| Никель-кадмиевый аккумулятор | Cd | |||
| Никель-металл-гидридный аккумулятор | ||||
| Свинцово-кислотный аккумулятор | PbО2 | H2SO4 | Pb | |
| Свинцово-оловянный аккумулятор | PbО2 | H2SO4 | Sn | |
| Серебряно-цинковый аккумулятор | AgO | KOH | Zn | |
| Серебряно-кадмиевый аккумулятор | AgO | KOH | Cd | |
| железо-никелевый аккумулятор | NaOH | Fe | ||
| железо-воздушный аккумулятор | KOH | Fe | ||
| цинк-воздушный аккумулятор | KOH | Zn | ||
| цинк-хлорный аккумулятор | Cl2 | Zn | ||
| натрий-серный аккумулятор | S | Na | ||
| литий-хлорный аккумулятор | Cl2 | Li | ||
| свинцово-водородный аккумулятор | PbО2 | H2SO4 | H2 | |
| Цинк-бромный аккумулятор | Br2 | Zn | ||
| Натрий-Никель-Хлоридный аккумулятор | Na | |||
| Литий-железо-сульфидный аккумулятор | Li | |||
| Литий-фторный аккумулятор | F2 | Li |
Топливные элементыПравить
- Смотри также Категория:Топливные элементы.
См.такжеПравить
СсылкиПравить
ЛитератураПравить
|
Текущая версия статьи об электричестве. Помогите Традиции, исправьте и дополните её. |