Химические источники тока

Материал из свободной русской энциклопедии «Традиция»
(перенаправлено с «Химический источник тока»)
Перейти к: навигация, поиск

Хими́ческие исто́чники то́ка (аббр. ХИТ) — устройства, в которых энергия протекающих в них химических реакций непосредственно превращается в электрическую энергию.

История химических источников тока[править]

Первый химический источник тока был изобретён итальянским учёным Алессандро Вольта в 1800 году. Это был элемент Вольта — сосуд с солёной водой с опущенными в него цинковой и медной пластинками, соединенных проволкой. Затем учёный собрал батарею из этих элементов, которая в последствии была названа Вольтовым столбом. Это изобретение в последствии использовали другие учёные в своих исследованиях. Так, например, в 1802 году русский академик В. В. Петров сконструировал Вольтов столб из 2100 элементов для получения электрической дуги. В 1836 году английский химик Джон Дэниель усовершенствовал элемент Вольта, поместив цинковый и медный в раствор серной кислоты. Эта конструкция стала называтся «элементом Даниэля». В 1859 году французкий физик Гастон Плантэ изобрёл свинцово-кислотный аккумулятор. Этот тип элемента и по сей день используется в автомобильных аккумуляторах. В 1865 году французский химик Ж. Лекланше предложил свой гальванический элемент (элемент Лекланше), состоявший из цинкового стаканчика, заполненного водным раствором хлористого аммония или другой хлористой соли, в который был помещён агломерат из оксида марганца(IV) MnO2 с угольным токоотводом. Модификация этой конструкции используется до сих пор в солевых батарейках для различных бытовых устройств. В 1890 году в Нью-Йорке Конрад Губерт, иммигрант из России, создаёт первый карманный электрический фонарик. А уже в 1896 году компания National Carbon приступает к массовому производству первых в мире сухих элементов Лекланше «Columbia».

Значение ХИТ в экономике мира[править]

В мире производится ежегодно многие десятки миллиардов первичных химических источников тока (гальванических элементов и батарей), а также миллиарды вторичных электрохимических источников тока (аккумуляторы), и таким образом в экономическом аспекте ХИТ представляют собой очень мощный сектор экономики. Радиоэлектронная промышленность, автомобильная промышленность, медицина, являются наиболее крупными потребителями ХИТ.

Принцип действия химических источников тока[править]

Основу химических источников тока составляют два электрода (анод, содержащий окислитель и катод, 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 разделённых 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:

Классификация[править]

По возможности или невозможности поврторного использования химические источники тока делятся на:

  • гальванические элементы, которые из-за необратимости протекающих в них реакций, невозможно перезарядить;
  • электрические аккумуляторы — 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 алкаиновые 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).

Гальванические элементы[править]

Смотри также Категория:Гальванические элементы.
Тип Анод Электролит Катод Э.Д.С,
В
Траб °С
Марганцево-цинковый элемент MnO2 KOH Zn 1.51
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 HgO KOH Zn 1.36
Ртутно-кадмиевый элемент HgO KOH Cd 1.92
Окисно-ртутно-оловянный элемент HgO KOH Sn 1.30
Хром-цинковый элемент C•K2Cr2O7 H2SO4 Zn 1.8—1.9
Свинцово-плавиковый элемент PbO2 Pb
Медно-окисный гальванический элемент CuO NaOH Zn 0.9
Висмутисто-магниевый элемент Bi2O3 Mg
Ртутно-висмутисто-индиевый элемент HgO InBi
Литий-марганцевый элемент MnO2 LiClO4 Li 3,5
Литий-хромсеребряный элемент AgCrO4 Li
Литий-висмутатный элемент PbBiO3 Li
Литий-окисномедный элемент CuO Li
Литий-йодсвинцовый элемент PbJ Li
Литий-йодный элемент J Li
Литий-тионилхлоридный элемент SOCl2 Li
Литий-оксидванадиевый элемент VO Li
Литий-фторомедный элемент CuF2 Li
Литий-двуокисносерный элемент SO2 Li
Диоксисульфатно-ртутный элемент Zn
Серно-магниевый элемент S•C Mg
Хлористосвинцово-магниевый элемент PbCl2 Mg
Хлорсеребряно-магниевый элемент AgCl Mg
Хлористомедно-магниевый элемент CuCl Mg
Йодатно-цинковый элемент Zn
Магний-перхлоратный элемент MgClO4 Mg
Магний-м-ДНБ элемент Mg
Цинк-хлоросеребряный элемент AgCl Zn
Хлор-серебряный элемент AgCl Ag
Бром-серебряный элемент AgBr Ag
Йод-серебряный элемент AgJ Ag
Магний-ванадиевый элемент V2O5 Mg
Кальций-хроматный элемент CaCrO4 Ca

Аккумуляторы[править]

Смотри также Категория:Аккумуляторы.
Тип Анод Электролит Катод Э.Д.С, В
Лантан-фторидный аккумулятор La
Литий-ионный аккумулятор Li
Литий-полимерный аккумулятор Li
Марганцево-оловянный элемент Sn
Никель-цинковый аккумулятор Zn
Никель-кадмиевый аккумулятор Cd
Никель-металл-гидридный аккумулятор
Свинцово-кислотный аккумулятор PbО2 H2SO4 Pb
Свинцово-оловянный аккумулятор PbО2 H2SO4 Sn
Серебряно-цинковый аккумулятор AgO KOH Zn
Серебряно-кадмиевый аккумулятор AgO KOH Cd
железо-никелевый аккумулятор NaOH Fe
железо-воздушный аккумулятор KOH Fe
цинк-воздушный аккумулятор KOH Zn
цинк-хлорный аккумулятор Cl2 Zn
натрий-серный аккумулятор S Na
литий-хлорный аккумулятор Cl2 Li
свинцово-водородный аккумулятор PbО2 H2SO4 H2
Цинк-бромный аккумулятор Br2 Zn
Натрий-Никель-Хлоридный аккумулятор Na
Литий-железо-сульфидный аккумулятор Li
Литий-фторный аккумулятор F2 Li

Топливные элементы[править]

Смотри также Категория:Топливные элементы.

См.также[править]

Ссылки[править]

Литература[править]