Преимущества химические источников тока

· Портативность

· Бесшумность работы

· Процессы идут при температуре окружающей среды

· Без выделения веществ

В случаях, когда требуется получение большого количества энергии за короткое время, используют аккумуляторы, когда требуется ток малой величины и малое время, используют батарейки.

 

Химические источники тока подразделяются:

-- По назначению:

- Первичные (1 раз)® батарейки

- Вторичные (много)® аккумуляторы

-- По конструкции

- Элементы с загущенным электролитом (непролив.)

- Элементы с жидким электролитом (наливные)

-- По особенностям работы

- С твердыми окислителями

- Элементы воздушных систем

- Смешанные

Сухой элемент предложен Леклонше (1876г.) марганцево-цинковый элемент. Используется электролит в загущенном виде (загуститель крахмал вещества). Применяется для питания аппаратуры связи и бытовых приборов.

Анод – цинк

Катод – графитовый стержень с оксидом 4-х валентного марганца MnO2.

Электролитом является паста (хлорид аммония с добавлением муки или крахмала)

ZnúNH₄ClúMnO₂

A:               Zn®Zn²⁺+2e

                   2Zn²⁺+NH₄Cl®[Zn(NH₃)₄]Cl₂+ZnCl₂+4H⁺

K:               Восстановление Mn⁴⁺ к Mn³⁺

                   MnO₂+H⁺+e®MnOOH

Суммарное уравнение токообразующей реакции

2Zn⁰+4MnO₂+4NH₄Cl®4MnOOH+ZnCl+[Zn(NH₂)]Cl₂

A    K                                                 E=1,5B

Сухой кислородно-цинковый элемент

ZnúNH₄ClúO₂

Катодным деполяризатором является кислород воздуха, током отвода – активированный уголь, пропитанный водоотталкивающим веществом.

Катод – полый угольный цилиндр, внутренняя полость которого обеспечивает доступ кислорода. Снаружи он соприкасается с загущенным электролитом.

O₂+2Zn+4NH₄Cl®ZnCl₂+[Zn(NH₃)₄]Cl₂+2H₂O

                                                                                         E=1,4B

Ртутно-цинковый

Катод – оксид ртути с графитом и запрессованный в отдельный корпус

Анод – цинковый порошок с добавкой 1% ртути, который запрессовывается в крошку электролита

Электролит – 40% гидроксид калия с добавкой 5% оксида цинка. Им пропитывают фильтрованную бумагу, которую помещают между электродами.

HgO+2KOH+Zn®K₂ZnO₂+H₂O+Hg

                                                                                         E=1,34B

Элементы хранятся много лет и работают при температуре до 130⁰ и используется в приемниках, слуховых аппаратах и кардиостимуляторах.

Наливные

Можно увеличивать напряжение так как на аноде металл с более электроотрицательным потенциалом (Mg). Однако такие аноды в водных растворах окисляются, выделяя водород, что ведет к саморазряду аккумулятора при хранении. Поэтому разработаны элементы, которые хранятся в сухом виде и электролит заливают перед началом работы.

Свинцово-кадмиевый

CdúH₂SO₄úPbO₂

PbO₂+H₂SO₄+Cd®PbSO₄+CdSO₄+2H₂O

E=2,2B

Аккумулятор – устройство, в котором происходит взаимные превращения электрической энергии в химическую и наоборот.

В них под действием внешнего источника тока накапливается химическая энергия, которая затем переходит в электрическую. Процесс накопления химической энергии называется зарядкой аккумулятора, процесс превращения химической энергии в электрическую – разрядкой.

При зарядке он работает как электролизер, при разрядке – гальванический элемент

Свинцовый

Электроды создаются заполнением решеток свинцовой решетки пастой из оксида 2-х валентного свинца. Электролит – 32% H₂SO₄ при погружении электродов в раствор H₂SO₄ происходит реакция

PbO+H₂SO₄®PbSO₄¯+H₂O

В этом состоянии оба электрода имеют один состав, окислительно-восстановительное взаимодействие невозможно, значит аккумулятор разряжен.

При зарядке через аккумулятор пропускают постоянный ток, и при этом протекает процессы электролиза. На катоде идет процесс восстановления свинца от ⁺² до ⁰

K:               PbSO₄+2H²⁺+2e®Pb+H₂SO₄

                   Pb²⁺+2e®Pb⁰

A:               PbSO₄+SO₄²⁺®Pb(SO₄)₂+2e

                   Pb²⁺®Pb⁴⁺+2e

Pb(SO₄)₂+2H₂O®PbO₂+H₂SO₄

Таким образом, после разрядки один электрод представляет собой губчатый свинец (PbO₂).

При работе аккумулятора (разрядке) процесс протекает в другом направлении

K:               Pb⁴⁺O₂+H₂SO₄®Pb(SO₄)₂+H₂O

                   Pb⁴⁺(SO₄)₂+2H⁺+2e®Pb²⁺SO₄+H₂SO₄

                   Pb⁴⁺+2e®Pb²⁺

A:               Pb+SO₄^2–®PbSO₄+2e

                   Pb⁰®Pb²⁺+2e

Pb+PbO₂+2H₂SO₄«2PbSO₄+2H₂O

                                                                               E=2,04B

                  

В конце заряда напряжение достигает значения диссоциации воды

K:               2H⁺+2e®H₂0

A:               2H₂O®O₂­+4H⁺+4e

Разряжать аккумулятор следует до 1,7В, так как при этом на электродах образуется сульфат свинца (PbSO₄) особой кристаллической структуры, которая изолирует активную массу электрода от электролита.