Sumber arus, kimia. Jenis sumber arus kimia dan perangkat

sumber arus , kimia (disingkat HIT) - adaptasi, di mana energi dari reaksi redoks diubah menjadi energi listrik. nama lain mereka - sebuah elektrokimia sel, sel galvanik , sel elektrokimia. Prinsip operasi mereka adalah sebagai berikut: interaksi dua reagen menyebabkan reaksi kimia dengan alokasi tenaga arus listrik konstan. Dalam saat proses sumber pembangkit listrik lainnya terjadi skema multistage. Pertama kali dirilis energi panas, maka itu berubah menjadi mekanis dan hanya kemudian menjadi energi listrik. Keuntungan HIT - proses satu tahap, yaitu listrik diperoleh langsung, melewati langkah-langkah memberikan termal dan energi mekanik.

cerita

Bagaimana sumber arus pertama? sumber kimia disebut sel galvanik setelah ilmuwan Italia dari abad kedelapan belas - Luigi Galvani. Dia adalah seorang dokter, ahli anatomi, fisiologi dan fisika. Salah satu bidang penelitian adalah untuk mempelajari reaksi dari hewan ke berbagai pengaruh luar. Metode kimia menghasilkan listrik telah dibuka Galvani sengaja, dalam salah satu percobaan pada katak. Hal ini terhubung ke saraf mentah di kaki katak dua pelat logam. Ketika ini terjadi kontraksi otot. Penjelasan sendiri fenomena ini Galvani salah. Namun hasil percobaan dan pengamatannya membantu rekan senegaranya Alessandro Volta dalam studi berikutnya.

Volta diuraikan dalam karyanya teori terjadinya arus listrik melalui reaksi kimia antara dua logam bersentuhan dengan jaringan otot katak. Sumber arus kimia pertama tampak seperti sebuah wadah dengan air garam, dengan piring tenggelam di dalamnya seng dan tembaga.

Dalam skala industri CCS mulai diproduksi pada paruh kedua abad kesembilan belas, berkat Prancis Leklanshe yang menemukan sel mangan-seng primer dengan elektrolit garam, bernama setelah dia. Setelah beberapa tahun, ini telah diperbaiki sel elektrokimia ilmuwan lain dan merupakan satu-satunya sumber bahan kimia utama dari listrik sebelum 1940.

Desain dan operasi HIT

kimia perangkat sumber arus mencakup dua elektroda (konduktor jenis pertama) dan elektrolit intervensi (konduktor dari jenis kedua, atau ion konduktor). Di perbatasan potensi elektronik muncul di antara mereka. Elektroda yang agen pereduksi teroksidasi disebut anoda, dan satu di mana pemulihan oksidan - katoda. Bersama-sama dengan elektrolit, mereka merupakan sistem elektrokimia.

Sebuah produk sampingan dari reaksi redoks antara elektroda adalah terjadinya arus listrik. Selama reaksi ini, zat pereduksi dioksidasi dan oksidan memberikan elektron yang menerima mereka dan karena ini dipulihkan. Kehadiran elektrolit antara katoda dan anoda adalah reaksi prasyarat. Jika hanya bercampur serbuk dari dua logam yang berbeda, tidak ada discharge listrik tidak terjadi, semua energi akan dilepaskan sebagai panas. elektrolit yang dibutuhkan untuk merampingkan proses transfer elektron. Paling sering bertindak larutan garam atau lelehan kualitasnya.

Elektroda terlihat seperti pelat logam atau grid. Pada perendaman dalam elektrolit timbul perbedaan potensial listrik antara mereka - tegangan rangkaian terbuka. anoda memiliki kecenderungan untuk dampak elektron dan katoda - untuk adopsi mereka. Pada permukaannya reaksi kimia dimulai. Mereka berhenti dengan pembukaan rantai, serta ketika salah satu reaktan dikonsumsi. Breaking berlangsung dengan penghapusan salah satu elektroda atau elektrolit.

sistem komposisi elektrokimia

sumber arus oksidan kimia yang digunakan sebagai garam asam oksigen, oksigen, halida, oksida logam lebih tinggi senyawa nitroorganic dan t. D. Reduktor dalamnya adalah logam dan oksida mereka lebih rendah, hidrogen, dan senyawa hidrokarbon. Sebagai elektrolit yang digunakan:

1. larutan air asam, alkali, garam dan sebagainya. D.
2. solusi berair dengan konduktivitas ion diperoleh dengan melarutkan garam dalam pelarut organik atau anorganik.
3. garam mencair.
4. senyawa padat dengan kisi ionik, dimana salah satu ion bergerak.
5. elektrolit matriks. solusi atau meleleh cairan ini terletak di pori-pori tubuh non-konduktif padat - elektronositelya.
6. elektrolit pertukaran ion. hubungan yang solid ini dengan kelompok ionik tetap tanda yang sama. tanda lain dari Yunus saat mobile. Properti ini membuat konduktivitas unipolar elektrolit.

baterai galvanik

sumber arus kimia terdiri dari sel elektrokimia - sel. Ketegangan di salah satu sel-sel ini kecil - dari 0,5 ke 4V. Tergantung pada kebutuhan, HIT menggunakan baterai galvanik, yang terdiri dari beberapa elemen terhubung secara serial. Hal ini kadang-kadang digunakan secara paralel atau sehubungan seri-paralel dari beberapa elemen. Dalam rangkaian seri selalu menyertakan hanya sel primer yang sama atau baterai. Mereka harus memiliki parameter yang sama adalah: sistem elektrokimia, desain, variasi proses dan ukuran. Untuk koneksi paralel adalah mungkin untuk menggunakan elemen yang berbeda ukuran.

klasifikasi HIT

sumber kimia berbeda dalam:

• ukuran;
• konstruksi;
• reagen;
• Nature reaksi energoobrazuyuschey.

Parameter ini menentukan kinerja CCS cocok untuk aplikasi tertentu.

Klasifikasi sel elektrokimia berdasarkan perbedaan prinsip operasi. Tergantung pada karakteristik ini, membedakan:

1. sumber kimia utama - barang sekali pakai. Mereka memiliki reagen saham tertentu, yang dikonsumsi dalam reaksi. Setelah sel debit penuh seperti kehilangan efisiensi. Dalam HIT primer lain disebut sel galvanik. Setia hanya akan memanggil mereka - elemen. Contoh paling sederhana dari sumber daya utama - "Baterai" AA.
2. Rechargeable sumber kimia saat ini - baterai (juga disebut sekunder, reversibel HIT) adalah elemen dapat digunakan kembali. Dengan melewati arus dari sirkuit eksternal di arah sebaliknya melalui baterai setelah penuh debit menghabiskan reaktan diregenerasi lagi mengumpulkan energi kimia (dikenakan biaya). Karena kemungkinan pengisian dari konstan perangkat sumber arus eksternal digunakan untuk waktu yang lama, sebentar-sebentar untuk mengisi ulang. Proses menghasilkan energi listrik disebut debit akumulator. Ini termasuk baterai HIT banyak perangkat elektronik (laptop, ponsel dan sebagainya. N.).
3. sumber kimia termal - perangkat aksi terus menerus. Selama operasi mereka ada aliran kontinu batch baru reagen dan penghapusan produk reaksi.
4. gabungan (polutoplivnyh) sel-sel elektrokimia memiliki stok salah satu reaktan. Perangkat kedua dipasok ke luar. Kehidupan perangkat tergantung pada pasokan dari reaktan pertama. sumber kimia gabungan dari arus listrik yang digunakan sebagai baterai, jika ada kemungkinan memulihkan biaya mereka dengan melewati arus dari sumber eksternal.
5. HIT terbarukan ulang secara mekanis atau kimia. Bagi mereka, adalah mungkin untuk mengganti setelah muatan penuh menghabiskan reagen pada bagian baru. Artinya, mereka tidak perangkat terus menerus juga, seperti baterai secara berkala diisi ulang.

karakteristik HIT

Karakteristik utama dari sumber daya kimia meliputi:

1. Tegangan rangkaian terbuka (OCV atau tegangan pemakaian). Tingkat ini terutama tergantung pada sistem elektrokimia (kombinasi dari zat pereduksi, zat pengoksidasi dan elektrolit). Juga OCV mempengaruhi konsentrasi elektrolit, tingkat debit, suhu dan lain-lain. OCV tergantung pada nilai arus yang mengalir melalui HIT.
2. Power.
3. Debit saat ini - tergantung pada perlawanan sirkuit eksternal.
4. Kapasitas - jumlah maksimum listrik yang memberikan HIT ketika itu benar-benar habis.
5. Kandungan energi - energi maksimum yang diterima di perangkat debit penuh.
6. karakteristik energi. Untuk baterai, ini terutama dijamin jumlah siklus charge-discharge tanpa menurunkan tegangan atau biaya kapasitas (sumber daya).
7. kinerja kisaran suhu.
8. waktu penyimpanan - jumlah maksimum waktu antara pembuatan dan perangkat debit pertama.
9. Layanan hidup - total penyimpanan maksimum dan kehidupan kerja. Untuk bahan bakar sel periode penting dari layanan dengan operasi terus-menerus dan terputus-putus.
10. Total energi yang dikirim untuk seluruh kehidupan pelayanan.
11. kekuatan mekanik sehubungan dengan getaran, shock, dan sebagainya. N.
12. Kemampuan untuk bekerja dalam posisi apapun.
13. Keandalan.
14. perawatan yang mudah.

Persyaratan untuk HIT

Desain sel elektrokimia harus menyediakan lingkungan yang kondusif untuk reaksi yang paling efisien. Kondisi ini termasuk:

• mencegah kebocoran arus;
• seragam kerja;
• kekuatan mekanik (termasuk penyegelan);
• pemisahan reaktan;
• kontak yang baik antara elektroda dan elektrolit;
• debit arus dari zona reaksi terhadap output eksternal dengan kerugian minimal.

sumber arus, kimia harus memenuhi persyaratan umum sebagai berikut:

• nilai tertinggi parameter tertentu;
• Kisaran suhu maksimum pengoperasian;
• stres terbesar;
• biaya minimal satuan energi;
• tegangan stabilitas;
• biaya pelestarian;
• keamanan;
• kemudahan pemeliharaan, dan idealnya tidak perlu untuk itu;
• umur panjang.

HIT operasi

Keuntungan utama dari sel primer - tidak perlu untuk pemeliharaan. Sebelum Anda mulai menggunakan mereka cukup untuk memeriksa penampilan, rak-hidup. Bila tersambung penting untuk mengamati polaritas dan memeriksa integritas dari kontak perangkat. sumber kimia yang kompleks lebih - baterai, menuntut perawatan yang lebih serius. Tujuan dari layanan mereka - perpanjangan maksimum kehidupan. Merawat baterai adalah:

• pemeliharaan kebersihan;
• memantau tegangan rangkaian terbuka;
• mempertahankan tingkat elektrolit (untuk isi ulang hanya air suling dapat digunakan);
• Pengendalian konsentrasi elektrolit (melalui hydrometer - perangkat sederhana untuk mengukur densitas fluida).

Selama operasi sel elektrokimia perlu mematuhi semua persyaratan yang berkaitan dengan penggunaan yang aman dari peralatan listrik.

Klasifikasi HIT sistem elektrokimia

Jenis sumber arus kimia, tergantung pada sistem:

• memimpin (asam);
• nikel-kadmium, nikel-besi, nikel-seng;
• mangan-seng, tembaga-seng, merkuri, seng, seng klorida;
• perak-seng, perak dan kadmium;
• udara-logam;
• nikel-hidrogen dan perak-hidrogen;
• mangan-magnesium;
• lithium dan t. d.

penggunaan modern HIT

sumber arus, kimia Hal ini saat ini digunakan di:

• kendaraan;
• perangkat portable;
• teknologi militer dan ruang;
• peralatan ilmiah;
• Kedokteran (alat pacu jantung).

contoh akrab HIT di rumah:

• baterai (sel kering);
• baterai peralatan rumah portabel dan elektronik;
• uninterruptible power supply;
• baterai mobil.

Terutama diadopsi secara luas sumber kimia lithium listrik. Hal ini disebabkan fakta bahwa lithium (Li) memiliki kepadatan energi tertinggi. Fakta bahwa ia menawarkan negatif potensial elektroda dari semua logam lainnya. baterai lithium-ion (LIA) di depan semua nilai-nilai lain dari CCS dan energi spesifik dari tegangan kerja. Sekarang mereka secara bertahap menguasai bola baru - transportasi jalan. Dalam perkembangan ilmiah masa depan terkait dengan peningkatan baterai lithium, akan bergerak ke arah desain ultrathin dan besar baterai tugas berat.