categorii: Articole prezentate » Electricieni novici
Număr de vizualizări: 36288
Comentarii la articol: 1

Surse de curent chimic: caracteristici principale

 

Surse de curent chimic: caracteristici principaleDe mai bine de două secole, omenirea folosește energia reacțiilor chimice dintre diverse substanțe pentru a produce curent direct.


Principiul de lucru

Reacția redox care are loc între substanțe cu proprietățile unui agent oxidant și un agent reducător este însoțită de eliberarea electronilor, a căror mișcare formează un curent electric. Cu toate acestea, pentru a-și folosi energia, este necesar să se creeze condiții pentru trecerea electronilor printr-un circuit extern, altfel este eliberat în mediul extern prin simpla amestecare a agentului oxidant și reducerea agentului cu căldura.

Prin urmare, toate sursele de curent chimic au doi electrozi:

  • anodul pe care se produce oxidarea;

  • catod care efectuează reducerea unei substanțe.

Electrozii la distanță sunt plasați într-un vas cu un electrolit - o substanță care conduce curent electric datorită proceselor de disociere a mediului în ioni.

Principiul convertirii energiei chimice în energie electrică

Principiul convertirii energiei chimice în energie electrică

Figura arată că electrozii sunt plasați în vase separate conectate printr-o punte de sare prin care se creează mișcarea ionilor de-a lungul circuitului intern. Când circuitele externe și interne sunt deschise, pe electrozi se produc două procese: tranziția ionilor de la metalul electrodului la electrolit și tranziția ionilor de la electrolit la rețeaua de cristal a electrozilor.

Debitele acestor procese sunt aceleași și potențialele de tensiune ale semnelor opuse sunt acumulate pe fiecare electrod. Dacă acestea sunt conectate printr-un pod de sare și se aplică o sarcină, va apărea un circuit electric. Un curent intern este generat de mișcarea ionilor între electrozi prin electrolit și puntea de sare. Mișcarea electronilor de-a lungul circuitului extern în direcția de la anod la catod.

Aproape toate reacțiile redox sunt însoțite de generarea de energie electrică. Dar valoarea sa depinde de mulți factori, inclusiv volumele și masele substanțelor chimice utilizate, materialele utilizate pentru fabricarea electrozilor, cum ar fi electrolitul, concentrația de ioni, design.

Cele mai utilizate pe scară largă în sursele moderne de curent chimic sunt:

  • pentru materialul anodului (agent de reducere) - zinc (Zn), plumb (Pb), cadmiu (Cd) și unele alte metale;

  • pentru materialul catod (oxidant) - oxid de plumb PbO2, oxid de mangan MnO2, hidroxid de nichel NiOOH și altele;

  • electroliți pe bază de soluții de acizi, alcaline sau săruri.


Metode de clasificare

O parte din sursele de energie chimică poate fi reutilizată, în timp ce cealaltă nu poate. Acest principiu este luat ca bază pentru clasificarea lor.

Clasificarea elementelor chimice

Clasificarea elementelor chimice

Forța electromotoare celule galvaniceîn funcție de proiectare, ajunge la 1,2 ÷ 1,5 volți. Pentru a obține valori mari, acestea sunt combinate în baterii, conectându-se în serie. Când bateriile sunt conectate în paralel, curentul și puterea cresc.

În general, se acceptă faptul că sursele de curent chimic primar nu suportă reîncărcarea, deși mai precis această poziție poate fi formulată diferit: implementarea sa nu este fezabilă din punct de vedere economic.

Sursele de curent chimic primar redundant sunt stocate într-o stare în care electrolitul este izolat de electrozi. Aceasta elimină apariția reacției redox și asigură pregătirea pentru punerea în funcțiune. Nu sunt refolosite. Perioada de valabilitate a surselor de energie chimică de rezervă este limitată la 10-15 ani.

Bateriile sunt reîncărcate cu succes prin aplicarea energiei electrice externe. Datorită acestei caracteristici, ele sunt numite surse secundare de curent. Acestea sunt capabile să reziste la sute și mii de cicluri de descărcare de sarcină.EMF-ul bateriei poate fi în intervalul de 1,0 ÷ 1,5 volți. De asemenea, sunt combinate în baterii.

Generatoarele electrochimice funcționează pe principiul celulelor galvanice, dar transportă substanțe din exterior pentru a efectua o reacție electrochimică și toate produsele eliberate sunt eliminate din electrolit. Acest lucru vă permite să organizați un proces continuu.


Caracteristici cheie ale performanței surselor de energie chimică


1. Tensiunea pe bornele deschise

În funcție de proiectare, o singură sursă poate crea doar o anumită diferență de potențial. Pentru utilizare în dispozitive electrice, acestea sunt combinate în baterii.


2. Capacitate specifică

Pentru un anumit timp (în ore), o sursă de curent chimic poate genera o cantitate limitată de curent (în amperi), care sunt atribuite unei unități de greutate sau volum.


3. Densitatea puterii

Caracterizează capacitatea unei unități de greutate sau volum a unei surse de curent chimic de a genera energie generată de produsul de tensiune prin puterea curentului.


4. Durata operației

Acest parametru se mai numește și data de expirare.


5. Valoarea curenților de auto-descărcare

Aceste procese laterale ale reacțiilor electrochimice conduc la consumul masei active a elementelor, provoacă coroziunea și reduc capacitatea specifică.


6. Prețul produsului

Depinde de design, de materialele utilizate și de o serie de alți factori.

Cele mai bune surse de curent chimic sunt cele cu valori mari ale primilor patru parametri, iar auto-descărcarea și costul sunt reduse.



Principii de încărcare a bateriei

Printre sursele secundare de curent chimic, acestea câștigă o mare popularitate. modele cu ioni de litiu, care s-au folosit pe scară largă pentru alimentarea dispozitivelor electronice. Ei folosesc LiMO2 (M Co, Ni, Mn) ca material al electrodului pozitiv, iar grafitul ca electrod negativ.

Când sunt încărcate, ionii de litiu din energia externă aplicată sunt eliberați din metalul catod, trec prin electrolit și pătrund în spațiul dintre straturile de grafit, acumulându-se acolo.

Principii de încărcare a bateriei

Când energia încărcător este absent, iar sarcina este conectată la electrozi, apoi ionii de litiu din electrolit se deplasează în direcția opusă.

Dacă încărcarea și descărcarea nu sunt efectuate, atunci energia din baterie nu este consumată, ci stocată. Dar cantitatea sa este limitată de proprietățile materialelor utilizate. De exemplu, în bateriile cu ioni de litiu, capacitatea electrică specifică este de 130 ÷ 150 mAh / g. Este limitat de proprietățile materialului anodic. Pentru grafit, capacitatea este de aproximativ două ori mai mare.

Oamenii de știință caută acum modalități de creștere a capacității bateriei, explorează posibilitatea utilizării unei reacții chimice între litiu și oxigen în aer. Pentru a face acest lucru, design-urile sunt dezvoltate cu un catod fără aer, care nu poate fi folosit, utilizat în baterii separate. Această metodă poate crește densitatea energetică de până la 10 ori.

Funcționarea surselor de curent chimic necesită cunoștințe fundamentele ingineriei electrice, electrochimie, știința materialelor și fizica stării solide.

Consultați și la i.electricianexp.com:

  • Aplicarea practică a electrolizei
  • Baterii cu ioni de litiu
  • Baterii cu polimer de litiu
  • Ce este auto-descărcarea bateriei?
  • Rezistența internă a bateriei

  •  
     
    Comentarii:

    # 1 a scris: | [Cite]

     
     

    Știa jumătate din scris și atât de bine.