Принцип действия, Классификация - Источники тока (аккумуляторные батареи)
Основу химических источников тока составляют два электрода (катод, содержащий окислитель и анод, 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 разделенных 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 аноде) -- свинец Pb, кадмий Cd, цинк Zn и другие металлы; § в качестве окислителя (на катоде) -- оксид свинца(IV) PbO2, гидрооксид никеля NiOOH, оксид марганца(IV) MnO2 и другие; § в качестве электролита -- растворы щелочей, кислот или солей.
Классификация
По возможности или невозможности повторного использования химические источники тока делятся на:
- § гальванические элементы (первичные ХИТ), которые из-за необратимости протекающих в них реакций, невозможно перезарядить; § электрические аккумуляторы (вторичные ХИТ) -- 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 щелочные 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).
Некоторые виды химических источников тока:
Гальванические элементы
Тип |
Катод |
Электролит |
Анод |
Напряжение, В |
Марганцево-цинковый элемент |
MnO2 |
KOH |
Zn |
1.56 |
Марганцево-оловянный элемент |
MnO2 |
KOH |
Sn |
1.65 |
Марганцево-магниевый элемент |
MnO2 |
MgBr |
Mg |
2.00 |
Свинцово-цинковый элемент |
PbO2 |
H2SO4 |
Zn |
2.55 |
Свинцово-кадмиевый элемент |
PbO2 |
H2SO4 |
Cd |
2.42 |
Свинцово-хлорный элемент |
PbO2 |
HClO4 |
Pb |
1.92 |
Ртутно-цинковый элемент |
HgO2 |
KOH |
Zn |
1.36 |
Ртутно-кадмиевый элемент |
HgO2 |
KOH |
Cd |
1.92 |
Окисно-ртутно-оловянный элемент |
HgO2 |
KOH |
Sn |
1.30 |
Хром-цинковый элемент |
K2Cr2O7 |
H2SO4 |
Zn |
1.8 --1.9 |
Другие типы:
- - Свинцово-плавиковый элемент - Медно-окисный гальванический элемент - Висмутисто-магниевый элемент - Ртутно-висмутисто-индиевый элемент - Литий-хромсеребряный элемент - Литий-висмутатный элемент - Литий-окисномедный элемент - Литий-йодсвинцовый элемент - Литий-йодный элемент - Литий-тионилхлоридный элемент - Литий-оксидванадиевый элемент - Литий-фторомедный элемент - Литий-двуокисносерный элемент - Диоксисульфатно-ртутный элемент - Серно-магниевый элемент - Хлористосвинцово-магниевый элемент - Хлорсеребряно-магниевый элемент - Хлористомедно-магниевый элемент - Йодатно-цинковый элемент - Магний-перхлоратный элемент - Магний-м-ДНБ элемент - Цинк-хлоросеребряный элемент - Хлор-серебряный элемент - Бром-серебряный элемент - Йод-серебряный элемент - Магний-ванадиевый элемент - Кальций-хроматный элемент
Аккумуляторы
- - Лантан-фторидный аккумулятор - Литий-ионный аккумулятор - Литий-полимерный аккумулятор - Марганцево-оловянный элемент - Никель-цинковый аккумулятор - Никель-кадмиевый аккумулятор - Никель-металл-гидридный аккумулятор - Свинцово-кислотный аккумулятор - Свинцово-оловянный аккумулятор - Серебряно-цинковый аккумулятор - Серебряно-кадмиевый аккумулятор - железо-никелевый аккумулятор - железо-воздушный аккумулятор - цинк-воздушный аккумулятор - цинк-хлорный аккумулятор - натрий-серный аккумулятор - литий-хлорный аккумулятор - свинцово-водородный аккумулятор - Цинк-бромный аккумулятор - Натрий-Никель-Хлоридный аккумулятор - Литий-железо-сульфидный аккумулятор - Литий-фторный аккумулятор
Топливные элементы
- - Прямой метанольный топливный элемент - Твердооксидный топливный элемент - Щелочной топливный элемент
Аккумуляторами называются химические источники тока, предназначенные для многократного использования их активных веществ, регенерируемых путем заряда.
Из разработанных за последние десятилетия новых химических источников тока наибольший интерес для самых различных отраслей науки и техники представляют серебряно-цинковые аккумуляторы.
Благодаря высокому разрядному напряжению, большой энергоемкости активных масс, а также достаточно хорошей электропроводности активной массы положительного электрода, возрастающей в процессе разряда, они обладают удельными характеристиками в 4 - 5 большими, чем кислотные или щелочные аккумуляторы. Рост электропроводности позволяет проводить разряды источника тока очень интенсивными режимами.
Электрический аккумулятор -- химический источник тока многоразового действия. Электрические аккумуляторы используются для накопления энергии и автономного питания различных потребителей.
Принцип действия аккумулятора основан на обратимости химической реакции. Работоспособность аккумулятора может быть восстановлена путем заряда, то есть пропусканием тока в направлении, обратном направлению тока при разряде. Несколько аккумуляторов, объединенных в одну электрическую цепь, называют Аккумуля?торная батаре?я. Заряд аккумуляторов обычно измеряют в ампер-часах.
Электрические и эксплуатационные характеристики аккумулятора зависят от материала электродов и состава электролита. Сейчас наиболее распространены следующие аккумуляторы:
Тип |
ЭДС (В) |
Область применения |
Свинцово-кислотные (Lead Acid) |
2,1 |
Автомобили, аварийное электроснабжение, источники бесперебойного питания |
Никель-кадмиевые (NiCd) |
1,2 |
Замена стандартного гальванического элемента |
Никель-металл-гидридные (NiMH) |
1,2 |
Замена стандартного гальванического элемента, электромобили |
Литий-ионные (Li-ion) |
3,6 |
Мобильные устройства, электромобили |
Литий-полимерные (Li-pol) |
3,6 |
Мобильные устройства |
По мере исчерпания химической энергии напряжение и ток падают, аккумулятор перестает действовать. Зарядить аккумулятор (батарею аккумуляторов) можно от любого источника постоянного тока с бо?льшим напряжением при ограничении тока. Стандартным считается зарядный ток в 1/10 номинальной емкости аккумулятора. Многие типы аккумуляторов имеют различные ограничения, которые необходимо учитывать при зарядке и последующей эскплуатации, например NiMH аккумуляторы чувствительны к перезаряду, литиевые -- к перезаряду, напряжению и температуре. NiCd и NiMH аккумуляторы имеют так называемый эффект памяти, заключающийся в снижении емкости, в случае когда зарядка осуществляется при не полностью разряженном аккумуляторе. Также эти типы аккумуляторов обладают заметным саморазрядом, то есть они постепенно теряют заряд даже не будучи подключенными к нагрузке. Для борьбы с этим эффектом может применяться Капельная подзарядка
В настоящее время Серебряно-цинковые аккумуляторы находят довольно широкое применение в науке и технике, а также в военном деле.
Они применяются в управляемых снарядах и ракетах, в торпедах, для различной переносной аппаратуры и т. п.
В качестве примера экономии веса при использовании серебряно-цинковых аккумуляторов вместо кислотных в иностранной литературе приводятся данные о том, что на одном из проектировавшихся снарядов предполагалась установка серебряно-цинковой аккумуляторной батареи весом 33,1 кг. Вместо свинцово кислотной батареи весом 106,5 кг.
Конструкция серебряно-цинковых аккумуляторов существенно отличается от конструкции обычных щелочных или кислотных аккумуляторов. В серебряно-цинковых аккумуляторов положительные пластины изготавливаются из чистого тем или иным способом приготовленного серебра, а отрицательные - из окиси цинка в смеси с порошком металлического цинка. Положительные пластины отделены от отрицательных несколькими слоями гидратцелюлозной пленки, применение которой обусловлено тем, что через нее, с одной стороны хорошо диффундирует электролит, а с другой стороны она препятствует миграции коллоидных частиц окислов серебра от положительного электрода к отрицательному и произрастанию дендритов цинка в противоположном направлении.
Собранный пакет электродов помещается в пластмассовый сосуд и заливается химически чистой калиевой щелочью. Размеры электродов и сосудов подбираются таким образом, чтобы при заполнении аккумулятора электролитом электроды испытывали соответствующее боковое давление, обеспечивающее механическую устойчивость, предупреждающую осыпание активной массы электродов. Кроме того, при наличии бокового давления отпадает необходимость использования каких-либо жестких решеток и стоек, как это делается у обычных кислотных аккумуляторов.
Похожие статьи
-
Источники тока (аккумуляторные батареи) - Источники тока (аккумуляторные батареи)
Первым источником тока после изобретения электрофорной машины, был элемент Вольта названный в честь своего создателя. Итальянский физик А. Вольта...
-
Принцип действия рассматриваемого электропривода состоит в следующем: при отклонении положения панели СБ от оптимального положения относительно светового...
-
Введение, Принцип действия - Принцип действия и использование аккумуляторов
Итальянский ученый Луиджи Гальвани (1737-1798) открыл возможность получения электрического тока иным, чем электризация трением, способом. Однажды, когда...
-
Неисправности аккумуляторной батареи Срок службы аккумуляторной батареи при правильной их эксплуатации и своевременном уходе за ними составляет 4 года...
-
Проектируемая система адаптивного управления представляет собой комплексную систему автоматического регулирования, состоящую из двух подсистем,...
-
Электрическим двигателям называется машина, преобразующая электрическую энергию в механическую. Применяемые в настоящее время двигатели могут быть...
-
Кондиционеры предназначены для создания благоприятных температурно-влажностных условий в жилых и служебных помещениях. Кондиционеры классифицируют по...
-
Промышленные аккумуляторы, Применение - Принцип действия и использование аккумуляторов
Положительные пластины при производстве промышленных аккумуляторов покрывают толстым слоем перекиси свинца. Отрицательные пластины изготавливаются из...
-
Заключение, Список использованных источников - Дуговая печь косвенного действия
Дуговые печи типа ДМК экономичны, имеют относительно небольшой угар элементов (кроме цинка) и позволяют получать расплав хорошего качества. К недостаткам...
-
Естественные скоростная и механическая характеристики. Рассмотрим более подробно характеристики двигателя параллельного возбуждения, которые определяют...
-
Тип системы пуска определяет используемая энергия и конструкция основного пускового устройства (стартера). Для пуска автомобильных двигателей используют...
-
УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПРЕВЕНТОРОВ, ПЛАШЕЧНЫЕ ПРЕВЕНТОРЫ - Буровое оборудование
ПЛАШЕЧНЫЕ ПРЕВЕНТОРЫ Превентор, выпускаемый ВЗБТ (рис. ХШ.2) состоит из стального литого корпуса 7, к которому на шпильках крепятся крышки / четырех...
-
Назначение, область применения и место установки в производственном процессе Шнековый питатель ПШМ - 1 входит в состав аэрозоль транспортера и...
-
Домкрат (от голл. dommekracht) - механизм для подъема тяжелых штучных грузов при выполнении ремонтных, монтажных или погрузочно-разгрузочных работ....
-
ИМПУЛЬСНЫЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ - Импульсные источники питания
В отличие от традиционных линейных ИП, предполагающих гашение излишнего нестабилизированного напряжения на проходном линейном элементе, импульсные ИП...
-
Электрооборудование. - Конструкция и принцип работы елктропечи
Рабочее напряжение электродуговых печей составляет 100 - 800 В, а сила тока измеряется десятками тысяч ампер. Мощность отдельной установки может...
-
Входные цепи импульсного источника питания - Импульсные источники питания
Импульсные источники питания завоевывают все большее жизненное пространство. Надежность их растет, и те недостатки, которые характерны для импульсных...
-
Устройство и принцип действия абсорберов - Абсорбер для очистки газов от диоксида углерода
При абсорбционных процессах массообмен происходит на поверхности соприкосновения фаз. Поэтому абсорбционные аппараты должны иметь развитую поверхность...
-
Основной частью роторного измельчителя (см. рис.2.4) являются два массивных, горизонтально расположенных ротора (2) установленными в сварном коробе (1)....
-
Заключение, Список использованных источников - Конструкция и принцип работы елктропечи
Печи для плавки в жидкой ванне используются в цветной металлургии для получения медного штейна не везде из-за относительной новизны процесса. Но в...
-
Принцип действия лазеров - Лазеры
Лазерное излучение - есть свечение объектов при нормальных температурах. Но обычных условиях большинство атомов находятся в низшем энергетическом...
-
Гомогенизатор А1-ОГМ (рис. 2), предназначенный для получения тонкоизмельченного однородного продукта, состоит из электродвигателя 1, станины 2,...
-
Принцип действия машин постоянного тока - Конструкция и принцип действия машины постоянно тока
Принцип действия генератора. Простейший генератор можно представить в виде витка, вращающегося в магнитном поле (рис. 2.1, а, б). Концы витка выведены на...
-
В основе работы станка лежит известный принцип образования эвольвенты окружности: производящая прямая СС1 неподвижна, а основная окружность вращается...
-
Устройство 1 - рамка магазинов металлических клеток, 2- суппорт, 3- бутылкодержатель, 5- коробка безопасности, 6 - пульт управления, 7 - направляющие...
-
Конструкция машины постоянного тока - Конструкция и принцип действия машины постоянно тока
Электротехническая промышленность в настоящее время выпускает электрические машины постоянного тока для работы в различных условиях. Корабельные машины...
-
Классификация пластмасс, применяемых в машиностроении Пластмассами называют материалы, способные при определенных температуре и давлении принимать...
-
ПРИНЦИПЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ САМОДЕЛЬНЫХ СВАРОЧНЫХ АППАРАТОВ - Самодельные сварочные аппараты
В зависимости от используемого для сварки типа тока, различают сварочные аппараты постоянного и переменного тока. Сварочные аппараты с использованием...
-
Очистка отходящих газов., Футеровка печей. - Конструкция и принцип работы елктропечи
Современные крупные сталеплавильные дуговые печи во время работы выделяют в атмосферу большое количество запыленных газов. Применение кислорода и...
-
Одношлаковый процесс. - Конструкция и принцип работы елктропечи
В связи с интенсификацией процесса электроплавки в последние годы получил большое распространение метод плавки в дуговой печи под одним шлаком. Сущность...
-
Под термином "хлорирование" подразумевают обычно процесс, в котором хлор в том или ином виде взаимодействует с окислами элементов или другими их...
-
По ходу плавки в электродуговую печь требуется подавать различное количество энергии. Менять подачу мощности можно изменением напряжения или силы тока...
-
Свойства меди Медь - металл красновато-розового цвета, медь менее тугоплавка, чем железо, но имеет большую плотность. Медь обладает хорошей...
-
Стандарт BTX, который по прогнозам, в ближайшие два года станет основным форм-фактором при производстве персональных компьютеров, требует и новых систем...
-
Исходные данные Исходными данными для проектирования статического преобразователя электрической энергии являются параметры применяемого асинхронного...
-
Принцип действия асинхронного двигателя - Асинхронный двигатель
В обмотке статора, включенной в сеть трехфазного тока, под действием напряжения возникает переменный ток, который создает вращающееся магнитное поле....
-
Измерение скорости вращения вала основано на подсчете количества импульсов пришедших с датчика за определенный промежуток времени. В нашем случае за 1...
-
ПАРОВЫЕ МАШИНЫ, Значение паровых машин, Принцип действия - Паровые машины
Паровая машиина -- тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию нагретого пара в механическую работу возвратно-поступательного движения...
-
Механические и другие параметры блоков питания TFX12V - Импульсные источники питания
Габаритные размеры блока питания должны составлять 175х80х75 мм. Конфигурация корпуса и расположение крепежных элементов позволяют размещать его внутри...
-
Принцип работы системы и функциональная схема САР В данной работе рассматривается система автоматического регулир Ования температуры воды в баке. Схема...
Принцип действия, Классификация - Источники тока (аккумуляторные батареи)