Galvanic na mga cell at baterya - aparato, prinsipyo ng pagpapatakbo, mga uri

Mababang pinagmumulan ng kuryente ng kuryente

Ang mga galvanic cell at baterya ay ginagamit sa pagpapagana ng portable electrical at radio equipment.

Galvanic cells — ito ay mga pinagmumulan ng isang beses na pagkilos, mga nagtitipon — magagamit muli na mga mapagkukunan ng pagkilos.

Ang pinakasimpleng elemento ng galvanic

Ang pinakasimpleng elemento ay maaaring gawin ng dalawang piraso: tanso at sink na nalubog sa tubig na bahagyang acidified na may sulfuric acid. Kung ang zinc ay sapat na dalisay upang walang mga lokal na reaksyon, walang kapansin-pansing pagbabago ang magaganap hanggang ang tanso at sink ay pinagsama.

Gayunpaman, ang mga strip ay may ibang potensyal, ang isa ay may paggalang sa isa, at kapag konektado sa pamamagitan ng isang wire, ay lilitaw kuryente… Sa pamamagitan ng pagkilos na ito ang zinc strip ay unti-unting matutunaw at ang mga bula ng gas ay mabubuo malapit sa tansong elektrod, na kumukuha sa ibabaw nito. Ang gas na ito ay hydrogen na nabuo ng electrolyte. Ang electric current ay dumadaloy mula sa copper strip kasama ang wire papunta sa zinc strip, at mula dito sa electrolyte pabalik sa copper.

Unti-unti, ang sulfuric acid ng electrolyte ay pinalitan ng zinc sulfate na nabuo mula sa natunaw na bahagi ng zinc electrode. Binabawasan nito ang boltahe ng cell. Gayunpaman, ang isang mas malaking pagbaba ng boltahe ay sanhi ng pagbuo ng mga bula ng gas sa tanso. Ang parehong mga aksyon ay nagdudulot ng 'polarization'. Ang mga naturang item ay halos walang praktikal na halaga.

Mahalagang mga parameter ng galvanic cells

Ang magnitude ng boltahe na ibinigay ng mga galvanic cell ay nakasalalay lamang sa kanilang uri at aparato, iyon ay, sa materyal ng mga electrodes at ang kemikal na komposisyon ng electrolyte, ngunit hindi nakasalalay sa hugis at sukat ng mga selula.

Ang kasalukuyang na maaaring ibigay ng isang galvanic cell ay limitado sa pamamagitan ng panloob na pagtutol nito.

Ang isang napakahalagang katangian ng galvanic cell ay kapasidad ng kuryente… Ang kapasidad ng kuryente ay nangangahulugang ang dami ng kuryente na kayang ihatid ng isang galvanic o storage cell sa buong operasyon nito, iyon ay, hanggang sa simula ng huling paglabas.

Ang kapasidad na ibinigay ng cell ay natutukoy sa pamamagitan ng pagpaparami ng lakas ng kasalukuyang naglalabas, na ipinahayag sa mga amperes, sa oras sa mga oras kung saan ang cell ay pinalabas hanggang sa simula ng buong paglabas. Samakatuwid, ang kapasidad ay palaging ipinahayag sa ampere-hours (Ah).

Sa pamamagitan ng halaga ng kapasidad ng cell, posible ring matukoy nang maaga kung gaano karaming oras ito gagana bago magsimula ang buong paglabas. Upang gawin ito, kailangan mong hatiin ang kapasidad sa pamamagitan ng lakas ng kasalukuyang paglabas na pinapayagan para sa elementong ito.

Gayunpaman, ang kapasidad ay hindi mahigpit na pare-pareho. Nag-iiba ito sa loob ng medyo malalaking limitasyon depende sa mga kondisyon ng pagpapatakbo (mode) ng elemento at ang huling boltahe ng paglabas.

Kung ang cell ay pinalabas sa pinakamataas na kasalukuyang at, bukod dito, nang walang mga pagkagambala, ito ay magbibigay ng mas mababang kapasidad. Sa kabaligtaran, kapag ang parehong cell ay pinalabas sa isang mas mababang kasalukuyang at may madalas at medyo mahabang pagkagambala, ang cell ay ibibigay ang buong kapasidad nito.

Kung tungkol sa impluwensya ng panghuling boltahe ng paglabas sa kapasidad ng cell, dapat itong isipin na sa panahon ng paglabas ng galvanic cell, ang operating boltahe nito ay hindi nananatili sa parehong antas, ngunit unti-unting bumababa.

Mga karaniwang uri ng electrochemical cells

Ang pinakakaraniwang galvanic cells ay manganese-zinc, manganese-air, air-zinc at mercury-zinc system na may salt at alkaline electrolytes. Ang mga dry manganese-zinc cells na may salt electrolyte ay may paunang boltahe na 1.4 hanggang 1.55 V, ang tagal ng operasyon sa ambient temperature na -20 hanggang -60 ОMula 7 hanggang 340 sa umaga

Ang mga dry zinc-manganese at zinc-air na mga cell na may alkaline electrolyte ay may boltahe na 0.75 hanggang 0.9 V at isang oras ng pagpapatakbo ng 6 na oras hanggang 45 na oras.

Ang mga dry mercury-zinc cell ay may panimulang boltahe na 1.22 hanggang 1.25 V at isang oras ng pagpapatakbo ng 24 na oras hanggang 55 na oras.

Ang mga dry mercury-zinc cell ay may pinakamatagal na garantisadong shelf life na hanggang 30 buwan.

Mga baterya

Mga baterya Ito ay pangalawang electrochemical cells. Hindi tulad ng galvanic cells, walang kemikal na proseso ang nagaganap sa baterya kaagad pagkatapos ng assembly.

Upang ang baterya ay makapagsimula ng mga kemikal na reaksyon na nauugnay sa paggalaw ng mga singil sa kuryente, kinakailangan na naaangkop na baguhin ang kemikal na komposisyon ng mga electrodes nito (at bahagyang ng electrolyte).Ang pagbabagong ito sa kemikal na komposisyon ng mga electrodes ay nangyayari sa ilalim ng pagkilos ng isang electric current na dumaan sa baterya.

Samakatuwid, upang ang isang baterya ay makagawa ng electric current, kailangan muna itong "sisingilin" ng direktang electric current mula sa ilang panlabas na kasalukuyang pinagmumulan.

Ang mga baterya ay naiiba din mula sa maginoo na mga galvanic cell sa katotohanan na, pagkatapos ng paglabas, maaari silang ma-recharged. Sa mabuting pangangalaga at sa ilalim ng normal na mga kondisyon ng pagpapatakbo, ang mga baterya ay maaaring tumagal ng hanggang ilang libong pag-charge at pag-discharge.
Device na pinapagana ng baterya

Sa kasalukuyan, ang mga lead at cadmium-nickel na baterya ay kadalasang ginagamit sa pagsasanay. Sa unang solusyon ng sulfuric acid ay nagsisilbing electrolyte, at sa pangalawang solusyon ng alkali sa tubig. Ang mga lead-acid na baterya ay tinatawag ding acid, at nickel-cadmium-alkaline na mga baterya.

Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng mga baterya ay batay sa polariseysyon ng mga electrodes sa panahon ng electrolysis... Ang pinakasimpleng acid na baterya ay nakabalangkas tulad ng sumusunod: ito ay dalawang lead plate na inilubog sa isang electrolyte. Bilang resulta ng reaksyon ng pagpapalit ng kemikal, ang mga plato ay natatakpan ng manipis na patong ng lead sulfate PbSO4, tulad ng sumusunod mula sa formula na Pb + H2SO4 = PbSO4 + H2.

Acid na aparato ng baterya

Ang estado ng mga plate na ito ay tumutugma sa isang na-discharge na baterya. Kung ang baterya ay naka-on na ngayon para sa pagsingil, iyon ay, konektado sa isang direktang kasalukuyang generator, pagkatapos ay ang polariseysyon ng mga plato ay magsisimula dito dahil sa electrolysis. Bilang resulta ng pag-charge sa baterya, ang mga plato nito ay polarized, ibig sabihin, baguhin ang sangkap sa kanilang ibabaw at mula sa homogenous (PbSO4) sa iba't ibang (Pb at PbO2).

Ang baterya ang nagiging kasalukuyang pinagmumulan, na may plate na pinahiran ng lead dioxide bilang positive electrode at malinis na lead plate bilang negatibong electrode.

Sa pagtatapos ng pagsingil, ang konsentrasyon ng electrolyte ay tumataas dahil sa paglitaw ng karagdagang mga molekula ng sulfuric acid sa loob nito.

Ito ay isa sa mga katangian ng lead-acid na baterya: ang electrolyte nito ay hindi nananatiling neutral at mismo ay nakikilahok sa mga kemikal na reaksyon sa panahon ng pagpapatakbo ng baterya.

Sa pagtatapos ng paglabas, ang parehong mga plato ng baterya ay muling natatakpan ng lead sulfate, bilang isang resulta kung saan ang baterya ay tumigil na maging isang mapagkukunan ng kasalukuyang. Ang baterya ay hindi kailanman dinadala sa ganitong estado. Dahil sa pagbuo ng lead sulfate sa mga plato, bumababa ang konsentrasyon ng electrolyte sa dulo ng paglabas. Kung ang baterya ay na-charge, pagkatapos ay ang polarization ay maaaring maging sanhi muli upang ilagay ito sa discharge muli, atbp.

Paano i-charge ang baterya

Mayroong ilang mga paraan upang singilin ang mga baterya. Ang pinakasimpleng ay ang normal na pag-charge ng baterya, na ginagawa bilang mga sumusunod. Sa una, sa loob ng 5 — 6 na oras, ang pagsingil ay isinasagawa sa double normal na kasalukuyang hanggang sa umabot sa 2.4 V ang boltahe ng bawat baterya.

Ang normal na charging current ay tinutukoy ng formula na Aztax = Q / 16

kung saan Q - nominal na kapasidad ng baterya, Ah.

Pagkatapos nito, ang charging current ay nabawasan sa isang normal na halaga at ang pagcha-charge ay nagpapatuloy sa loob ng 15-18 oras hanggang sa lumitaw ang mga palatandaan ng pagtatapos ng pag-charge.

Mga modernong baterya

Ang Nickel-cadmium o alkaline na mga baterya ay lumitaw nang mas huli kaysa sa mga lead na baterya, at kumpara sa mga ito ay mas modernong pinagmumulan ng chemical current.Ang pangunahing bentahe ng mga alkaline na baterya sa mga lead na baterya ay nakasalalay sa neutralidad ng kemikal ng kanilang electrolyte na may kaugnayan sa aktibong masa ng mga plato. Samakatuwid, ang self-discharge ng mga alkaline na baterya ay makabuluhang mas mababa kaysa sa mga lead-acid na baterya. Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng mga alkaline na baterya ay batay din sa polariseysyon ng mga electrodes sa panahon ng electrolysis.

Upang mapagana ang mga kagamitan sa radyo, ang mga selyadong cadmium-nickel na baterya ay ginawa, na epektibo sa mga temperatura mula -30 hanggang +50 ОC at makatiis ng 400 — 600 charge-discharge cycle. Ang mga accumulator na ito ay ginawa sa anyo ng mga compact parallelepiped at mga disk na tumitimbang mula sa ilang gramo hanggang kilo.

Ang mga baterya ng nikel-hydrogen ay ginawa upang paganahin ang mga autonomous na bagay. Ang tiyak na enerhiya ng nickel-hydrogen na baterya ay 50 — 60 Wh kg-1.