انواع عناصر گالوانیکی باتری عناصر گالوانیکی. سلول های لیتیوم گالوانیکی عمر طولانی تری نسبت به سلول های دیگر دارند. دامنه بسیار گسترده است

امروزه سلول های گالوانیکی یکی از رایج ترین سلول های شیمیایی هستند که علیرغم کاستی هایی که دارند به طور فعال در مهندسی برق مورد استفاده قرار می گیرند و به طور مداوم در حال بهبود هستند.

اصول کارکرد، اصول جراحی، اصول عملکرد

ساده ترین مثال از عملکرد یک سلول گالوانیکی به این شکل است. دو صفحه در یک شیشه شیشه ای با محلول آبی اسید سولفوریک غوطه ور می شوند: یکی مس و دیگری روی. آنها به قطب مثبت و منفی عنصر تبدیل می شوند. اگر این قطب ها توسط یک هادی به هم وصل شوند، ساده ترین را دریافت می کنید، در داخل المنت، جریان از صفحه روی که دارای بار منفی است به صفحه مسی که دارای بار مثبت است می رسد. در مدار خارجی، حرکت ذرات باردار در جهت مخالف رخ خواهد داد.

تحت تأثیر جریان، یون های هیدروژن و باقیمانده اسید سولفوریک اسید در جهات مختلف حرکت می کنند. هیدروژن بارهای خود را به صفحه مسی می دهد و باقی مانده اسید را به روی می دهد. بنابراین ولتاژ در گیره های المنت حفظ می شود. در همان زمان حباب های هیدروژن روی سطح صفحه مسی می نشیند که باعث تضعیف اثر سلول گالوانیکی می شود. هیدروژن همراه با فلز صفحه یک ولتاژ اضافی ایجاد می کند که به آن نیروی الکتروموتور پلاریزاسیون می گویند. جهت بار این EMF برخلاف جهت بار EMF سلول گالوانیکی است. حباب ها خود مقاومت بیشتری در عنصر ایجاد می کنند.

عنصری که در نظر گرفتیم یک نمونه کلاسیک است. در واقع، چنین سلول های گالوانیکی به دلیل قطبش زیاد به سادگی مورد استفاده قرار نمی گیرند. برای جلوگیری از وقوع آن، در ساخت عناصر، ماده خاصی به ترکیب آنها وارد می شود که اتم های هیدروژن را جذب می کند که به آن دپلاریز کننده می گویند. به عنوان یک قاعده، اینها آماده سازی های حاوی اکسیژن یا کلر هستند.

مزایا و معایب سلول های گالوانیکی مدرن

سلول های گالوانیکی مدرن از مواد مختلفی ساخته می شوند. رایج ترین و آشناترین نوع سلول های کربن-روی مورد استفاده در باتری های انگشتی است. از مزایای آنها می توان به ارزان بودن نسبی، معایب آن عمر مفید کوتاه و قدرت کم اشاره کرد.

گزینه راحت تر سلول های گالوانیکی قلیایی است. به آنها منگنز روی نیز می گویند. در اینجا الکترولیت یک ماده خشک مانند زغال سنگ نیست، بلکه یک محلول قلیایی است. تخلیه، چنین عناصری عملاً گاز منتشر نمی کنند، به طوری که می توان آنها را آب بندی کرد. ماندگاری چنین عناصری بیشتر از عناصر کربن روی است.

عناصر جیوه از نظر ساختمانی مشابه عناصر قلیایی هستند. در اینجا از اکسید جیوه استفاده می شود. چنین منابع فعلی، به عنوان مثال، برای تجهیزات پزشکی استفاده می شود. مزایای آنها مقاومت در برابر دماهای بالا (تا 50+ و در برخی از مدل ها تا +70 درجه سانتیگراد)، ولتاژ پایدار، مقاومت مکانیکی بالا است. نقطه ضعف آن خواص سمی جیوه است که به دلیل آن عناصر مصرف شده باید با دقت بسیار مورد استفاده قرار گیرند و برای بازیافت فرستاده شوند.

در برخی عناصر از اکسید نقره برای ساخت کاتد استفاده می شود، اما به دلیل گرانی فلز، استفاده از آنها صرفه اقتصادی ندارد. سلول های دارای آند لیتیوم بیشتر رایج هستند. آنها همچنین با هزینه بالا متمایز می شوند، اما دارای بالاترین ولتاژ در بین انواع سلول های گالوانیکی هستند.

نوع دیگری از سلول های گالوانیکی سلول های گالوانیکی متمرکز هستند. در آنها، روند حرکت ذرات می تواند با یا بدون انتقال یون ها ادامه یابد. نوع اول عنصری است که در آن دو الکترود یکسان در غلظت های مختلف غوطه ور شده و توسط یک پارتیشن نیمه تراوا از هم جدا شده اند. در چنین عناصری، EMF به دلیل این واقعیت است که یون ها به محلولی با غلظت کمتر منتقل می شوند. در عناصر نوع دوم، الکترودها از فلزات مختلف ساخته شده اند و به دلیل فرآیندهای شیمیایی که روی هر یک از الکترودها اتفاق می افتد، غلظت یکسان می شود. این عناصر بالاتر از عناصر نوع اول هستند.

سلول گالوانیکی منبع شیمیایی جریان الکتریکی است که در آن تبدیل مستقیم انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی صورت می گیرد. بنابراین، او است. ظاهر رایج ترین باتری ها در شکل 1 نشان داده شده است.

شکل 1. ظاهر سلول های گالوانیکی انگشتی

عناصر نمک (خشک)، قلیایی و لیتیوم وجود دارد. سلول های گالوانیکی اغلب باتری نامیده می شوند، اما این نام نادرست است، زیرا. باتری اتصال چند دستگاه یکسان است. به عنوان مثال، هنگامی که سه سلول گالوانیکی به صورت سری به هم متصل می شوند، باتری پرکاربرد 4.5 ولتی تشکیل می شود.

اصل عملکرد یک سلول گالوانیکی مبتنی بر تعامل دو فلز از طریق یک الکترولیت است که منجر به ظهور جریان الکتریکی در یک مدار بسته می شود. ولتاژ به فلزات مورد استفاده بستگی دارد. برخی از این منابع جریان شیمیایی در جدول 1 نشان داده شده است.

نوع منابع جاری	کاتد	الکترولیت	آند	ولتاژ، AT
منگنز-روی	MnO2	KOH	روی	1,56
منگنز-قلع	MnO2	KOH	sn	1,65
منگنز-منیزیم	MnO2	MgBr2	میلی گرم	2,00
سرب روی	PbO2	H2SO4	روی	2,55
سرب کادمیوم	PbO2	H2SO4	سی دی	2,42
کلرید سرب	PbO2	HClO 4	سرب	1,92
جیوه-روی	HgO	KOH	روی	1,36
جیوه کادمیوم	HgO 2	KOH	سی دی	1,92
اکسید قلع جیوه	HgO 2	KOH	sn	1,30
کروم روی	K2Cr2O7	H2SO4	روی	1,8-1,9

در فروش عمدتا عناصر منگنز روی هستند که نمک نامیده می شوند. سازندگان باتری معمولا ترکیب شیمیایی آنها را لیست نمی کنند. اینها ارزانترین سلولهای الکتروشیمیایی هستند که فقط در دستگاههای کم مصرف مانند ساعت، دماسنج الکترونیکی یا کنترل از راه دور قابل استفاده هستند. شکل 2 ظاهر و ساختار داخلی باتری نمک را نشان می دهد.

شکل 2. ظاهر و طراحی یک سلول گالوانیکی "خشک".

یک باتری به همان اندازه رایج، باتری های قلیایی منگنز هستند. در فروش آنها قلیایی نامیده می شوند، بدون اینکه زحمت ترجمه این نام را به روسی داشته باشند. ساختار داخلی یک سلول گالوانیکی قلیایی در شکل 2 نشان داده شده است.

شکل 3. داخلی و ساختار یک سلول گالوانیکی قلیایی

این منابع انرژی شیمیایی ظرفیت بالاتری دارند (2...3 A/h) و می توانند جریان بیشتری را برای مدت طولانی تامین کنند. روی نه به شکل لیوان، بلکه به صورت پودر با سطح تماس بیشتر با الکترولیت استفاده می شود. هیدروکسید پتاسیم به عنوان الکترولیت استفاده می شود. این به دلیل توانایی این نوع سلول های گالوانیکی برای دادن جریان قابل توجه (تا 1 A) است که در حال حاضر رایج ترین است.

یکی دیگر از انواع نسبتا رایج سلول های گالوانیکی میله های لیتیومی هستند. به دلیل استفاده از یک فلز قلیایی، اختلاف پتانسیل بالایی دارند. ولتاژ سلول های لیتیومی 3 ولت است البته باتری های لیتیومی 1.5 ولتی نیز در بازار وجود دارد. این باتری ها دارای بالاترین ظرفیت در واحد وزن و ماندگاری طولانی هستند. آنها عمدتاً برای روشن کردن ساعت روی مادربردهای رایانه و تجهیزات عکاسی استفاده می شوند. عیب آن هزینه بالا است. ظاهر باتری های لیتیومی در شکل 4 نشان داده شده است.

شکل 4. ظاهر باتری های لیتیومی

لازم به ذکر است که تقریبا تمام سلول های گالوانیکی قابلیت شارژ مجدد از منابع برق را دارند. استثنا است باتری های لیتیومی که در صورت تلاش برای شارژ مجدد می توانند منفجر شوند.

باتری ها برای استفاده در دستگاه های مختلف استاندارد شده اند. رایج ترین نوع محفظه برای سلول های گالوانیکی در جدول 2 نشان داده شده است.

برای بستن باتری ها در داخل محفظه دستگاه های الکترونیکی، در حال حاضر محفظه باتری های آماده ارائه می شود. استفاده از آنها باعث می شود تا توسعه محفظه یک دستگاه رادیویی الکترونیکی به طور قابل توجهی ساده شود و هزینه تولید آن کاهش یابد. ظاهر برخی از آنها در شکل 5 نشان داده شده است.

شکل 5. نمای خارجی محفظه های بستن باتری های گالوانیکی

اولین سوالی که خریداران باتری ها را نگران می کند عمر باتری آنهاست. این بستگی به فناوری تولید یک سلول گالوانیکی دارد. نموداری از وابستگی معمولی ولتاژ خروجی به فناوری تولید باتری در شکل 5 نشان داده شده است.

شکل 6. نمودار عمر باتری بسته به تکنولوژی تولید در جریان تخلیه 1 آمپر

نتایج آزمایش باتری های شرکت های مختلف که در وب سایت http://www.batteryshowdown.com/ انجام شده است در شکل 7 نشان داده شده است.

شکل 7. نمودار زمان کارکرد باتری های شرکت های مختلف در جریان دشارژ 1 آمپر

و در نهایت، بیایید نتیجه گیری کنیم که از چه نوع باتری استفاده کنیم، زیرا هنگام خرید باتری، ما همیشه سعی می کنیم با حداقل هزینه حداکثر اثر مفید را داشته باشیم.

1. شما نباید باتری را در کیوسک ها یا در بازار خریداری کنید. معمولاً برای مدت طولانی در آنجا دراز می کشند و بنابراین به دلیل تخلیه خود عملاً ظرفیت خود را از دست می دهند. حتی می تواند برای تجهیزات خطرناک باشد، زیرا. هنگام استفاده از سلول های گالوانیکی ارزان (باتری)، ممکن است الکترولیت از آنها نشت کند. این به تجهیزات آسیب می رساند! بهتر است از فروشگاه هایی خرید کنید که گردش مالی خوبی دارند.
2. باتری های قلیایی (قلیایی) باید در دستگاه هایی استفاده شوند که جریان کافی مصرف می کنند، مانند چراغ قوه، پخش کننده یا دوربین. در دستگاه های کم مصرف، عمر آنها با باتری های نمکی تفاوتی ندارد.
3. نمک (سلول‌های گالوانیکی «معمولی» کربن-روی) در ساعت‌ها، ریموت‌های IR و سایر دستگاه‌هایی که برای کارکردن از یک مجموعه باتری برای یک سال یا بیشتر طراحی شده‌اند، کاملاً کار می‌کند. با این حال، آنها نمی توانند در سرما کار کنند.
4. مقرون به صرفه ترین باتری های امروزی باتری های AA هستند. هر دو انگشت کوچک (AAA) و بزرگ (R20)، با ظرفیت یکسان، گران تر هستند. ظرفیت باتری های مدرن R20 تقریباً به اندازه باتری های AA است و این در اندازه سه برابر است!
5. به برندهای نامرغوب توجه نکنید. سلول های گالوانیکی Duracell و Energizer یک و نیم تا دو برابر گران تر از باتری های سایر شرکت ها هستند و در عین حال تقریباً یکسان کار می کنند.

سلول گالوانیکی

نمودار یک سلول گالوانیکی توسط Daniel-Jacobi

سلول گالوانیکی- بر اساس تعامل دو فلز و (یا) اکسیدهای آنها در یک الکترولیت، که منجر به ظهور جریان الکتریکی در یک مدار بسته می شود. به نام لوئیجی گالوانی.

پدیده وقوع جریان الکتریکی بر اثر تماس فلزات مختلف توسط فیزیولوژیست ایتالیایی، استاد پزشکی دانشگاه بولونیا، لوئیجی گالوانی در سال 1786 کشف شد. گالوانی انقباضات عضلات پاهای عقب قورباغه‌ای را که به تازگی جدا شده و به قلاب‌های مسی متصل است، هنگام لمس چاقوی فولادی توصیف کرد. مشاهدات توسط کاشف به عنوان جلوه ای از "الکتریسیته حیوانی" تعبیر شد.

ژنراتورهای الکتروشیمیایی (پیل های سوختی)عناصری هستند که در آنها انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. عامل اکسید کننده و عامل کاهنده در خارج از سلول ذخیره می شوند و در حین کار به طور مداوم و جداگانه به الکترودها عرضه می شوند. در حین کار پیل سوختی، الکترودها مصرف نمی شوند. عامل احیا کننده هیدروژن (H2)، متانول (CH3 OH)، متان (CH4) در حالت مایع یا گاز است. عامل اکسید کننده معمولاً اکسیژن هوا یا اکسیژن خالص است. در یک پیل سوختی اکسیژن-هیدروژن با یک الکترولیت قلیایی، انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. نیروگاه ها در فضاپیماها استفاده می شوند، آنها انرژی فضاپیما و فضانوردان را تامین می کنند.

کاربرد

• باتری هامورد استفاده در سیستم هشدار، چراغ قوه، ساعت، ماشین حساب، سیستم های صوتی، اسباب بازی، رادیو، تجهیزات خودرو، کنترل از راه دور.
• باتری هابرای روشن کردن موتور خودروها استفاده می شود، همچنین می توان از آنها به عنوان منبع برق موقت در مکان های دور از شهرک ها استفاده کرد.
• سلول های سوختیدر تولید انرژی الکتریکی (در نیروگاه ها)، منابع برق اضطراری، منبع تغذیه مستقل، حمل و نقل، برق داخلی، دستگاه های تلفن همراه استفاده می شود.

همچنین ببینید

ادبیات

• آخمتوف N.S. شیمی عمومی و معدنی
• Aksenovich L. A. فیزیک در دبیرستان: نظریه. وظایف

پیوندها

سلول گالوانیکی	سلول دانیال گالوانیک | عنصر قلیایی | | عنصر خشک | عنصر غلظت | عنصر هوا روی | عنصر عادی واستون
باتری های برقی	اسید سرب | نقره روی | نیکل کادمیوم | نیکل متال هیدرید | باتری نیکل روی | لیتیوم یون | لیتیوم پلیمر | سولفید آهن لیتیوم | فسفات آهن لیتیوم | لیتیوم تیتانات |وانادیوم | آهن نیکل
سلول های سوختی	متانول مستقیم | اکسید جامد | قلیایی
مدل ها	باتری | باتری برقی | سلول سوختی
دستگاه	آند | کاتد | الکترولیت

"موسسه آموزشی دولتی آرزوماس به نام A.P. Gaidar"

کار دوره

در شیمی

موضوع: آبکاری سلول ها

تکمیل شده توسط: دانشجوی سال پنجم

EHF 52 گرم زیر گروه B2 شیرشین ن.و.

پذیرفته شده توسط: Kinderov A.P.

طرح

مقدمه

I. تاریخچه ایجاد منابع جریان شیمیایی

II. اصول کارکرد، اصول جراحی، اصول عملکرد

III. طبقه بندی، دستگاه و اصل عملکرد منابع جریان شیمیایی

1. سلول گالوانیکی

2. باتری های الکتریکی

الف) باتری های قلیایی

3. پیل سوختی

الف) اصل عملکرد

ب) اصل تفکیک سوخت و جریان سوخت

ب) نمونه ای از پیل سوختی هیدروژن-اکسیژن

د) تاریخچه تحقیقات در روسیه

ه) استفاده از پیل سوختی

ه) مشکلات پیل سوختی

IV. عملکرد سلول ها و باتری ها

V. بازسازی سلول های گالوانیکی و باتری ها

VI. ویژگی های برخی از انواع سلول های گالوانیکی و ویژگی های مختصر آنها

نتیجه

فهرست ادبیات استفاده شده

مقدمه

منابع شیمیایی جریان، سال‌هاست که وارد زندگی ما شده‌اند. در زندگی روزمره، مصرف کننده به ندرت به تفاوت منابع جریان شیمیایی مورد استفاده توجه می کند. برای او، اینها باتری ها و باتری ها هستند. آنها معمولاً در وسایلی مانند چراغ قوه، اسباب بازی، رادیو یا اتومبیل استفاده می شوند. در مواردی که مصرف برق نسبتاً زیاد است (10Ah) از باتری ها عمدتاً اسیدی و همچنین نیکل - آهن و نیکل - کادمیوم استفاده می شود. آنها در رایانه های الکترونیکی قابل حمل (لپ تاپ، نوت بوک، پالم تاپ)، تجهیزات ارتباطات پوشیدنی، روشنایی اضطراری و غیره استفاده می شوند.

با توجه به تعدادی از شرایط، مولدهای شیمیایی انرژی الکتریکی امیدوار کننده ترین هستند. مزایای آنها از طریق پارامترهایی مانند بازده انرژی بالا آشکار می شود. بی صدا و بی ضرر؛ قابلیت استفاده در هر شرایطی از جمله در فضا و زیر آب، در وسایل ثابت و قابل حمل، در حمل و نقل و غیره.

در سال‌های اخیر، چنین باتری‌هایی به طور گسترده در منابع تغذیه پشتیبان برای رایانه‌ها و سیستم‌های الکترومکانیکی استفاده شده‌اند که انرژی را برای بارهای اوج احتمالی و منبع تغذیه اضطراری سیستم‌های حیاتی ذخیره می‌کنند.

اهداف و اهداف. در این کار، من باید اصل عملکرد سلول های گالوانیکی را تجزیه و تحلیل کنم، با تاریخچه ایجاد آنها، ویژگی های طبقه بندی و آرایش انواع سلول های گالوانیکی و همچنین استفاده از انواع جریان های شیمیایی آشنا شوم. منابع در زندگی روزمره و زمینه های مختلف تولید.

من . تاریخچه ایجاد منابع فعلی شیمیایی

منابع جریان شیمیایی(مخفف HIT) - دستگاه هایی که در آنها انرژی واکنش های شیمیایی که در آنها رخ می دهد مستقیماً به انرژی الکتریکی تبدیل می شود.

تاریخچه خلقت

ستون ولتاییک

اولین منبع جریان شیمیایی توسط دانشمند ایتالیایی الساندرو ولتا در سال 1800 اختراع شد. این عنصر ولتا بود - ظرفی با آب نمک با صفحات روی و مس که داخل آن فرو رفته و با سیم به هم متصل شده بودند. سپس دانشمند باتری ای از این عناصر را که بعداً ستون ولتایی نامیده شد، جمع آوری کرد. این اختراع متعاقباً توسط سایر دانشمندان در تحقیقات خود مورد استفاده قرار گرفت. بنابراین، به عنوان مثال، در سال 1802، آکادمیک روسی V.V. Petrov ستون Voltaic از 2100 عنصر را برای تولید یک قوس الکتریکی طراحی کرد. در سال 1836، جان دانیل شیمیدان انگلیسی، عنصر ولتا را با قرار دادن الکترودهای روی و مس در محلول اسید سولفوریک بهبود بخشید. این طرح به «عنصر دانیل» معروف شد. در سال 1859، گاستون پلانت، فیزیکدان فرانسوی، باتری سرب اسیدی را اختراع کرد. این نوع سلول هنوز هم تا به امروز در باتری خودرو استفاده می شود. در سال 1865، شیمیدان فرانسوی J. Leclanchet سلول گالوانیکی خود (عنصر Leclanchet) را پیشنهاد کرد که شامل یک فنجان روی پر از محلول آبی کلرید آمونیوم یا نمک کلرید دیگری بود که در آن تجمعی از اکسید منگنز (IV) MnO2 قرار داده شده بود. با کلکتور جریان کربن اصلاح این طرح هنوز در باتری های نمکی برای دستگاه های مختلف خانگی استفاده می شود. در سال 1890، در نیویورک، کنراد هوبرت، یک مهاجر از روسیه، اولین چراغ قوه الکتریکی جیبی را ساخت. و قبلاً در سال 1896 ، شرکت ملی کربن شروع به تولید انبوه اولین عناصر خشک جهان Leklanshe "Columbia" کرد.

II . اصول کارکرد، اصول جراحی، اصول عملکرد

دستگاه «باتری بغداد» (200 ق.م).

اساس منابع جریان شیمیایی دو الکترود (یک کاتد حاوی یک عامل اکسید کننده و یک آند حاوی یک عامل کاهنده) در تماس با الکترولیت هستند. یک تفاوت پتانسیل بین الکترودها ایجاد می شود - یک نیروی الکتروموتور مربوط به انرژی آزاد واکنش ردوکس. عمل منابع جریان شیمیایی مبتنی بر جریان فرآیندهای جدا شده فضایی با یک مدار خارجی بسته است: عامل کاهنده در کاتد اکسید می‌شود، الکترون‌های آزاد حاصل عبور می‌کنند و جریان تخلیه را در امتداد مدار خارجی به آند ایجاد می‌کنند. آنها در واکنش کاهش اکسید کننده شرکت می کنند.

در منابع فعلی شیمیایی مدرن استفاده می شود:

به عنوان یک عامل کاهنده (در آند) - سرب سرب، کادمیوم Cd، روی روی و سایر فلزات.

به عنوان یک عامل اکسید کننده (در کاتد) - اکسید سرب (IV) PbO2، هیدروکسید نیکل NiOOH، اکسید منگنز (IV) MnO2 و دیگران.

به عنوان یک الکترولیت - محلول های قلیایی، اسیدها یا نمک ها.

III . طبقه بندی، دستگاه و اصل عملکرد

با توجه به امکان یا عدم امکان استفاده مجدد، منابع جریان شیمیایی به دو دسته تقسیم می شوند:

1. سلول گالوانیکی

سلول گالوانیکی - منبع شیمیایی جریان الکتریکی به نام لوئیجی گالوانی. اصل عملکرد یک سلول گالوانیکی مبتنی بر تعامل دو فلز از طریق یک الکترولیت است که منجر به ظهور جریان الکتریکی در یک مدار بسته می شود. EMF یک سلول گالوانیکی به مواد الکترودها و ترکیب الکترولیت بستگی دارد. اینها HP اولیه هستند که به دلیل برگشت ناپذیری واکنش های رخ داده در آنها، نمی توان آنها را شارژ کرد.

سلول های گالوانیکی منابع انرژی الکتریکی با یک عمل واحد هستند. معرف ها (عامل اکسید کننده و عامل کاهنده) مستقیماً بخشی از سلول گالوانیکی هستند و در حین کار آن مصرف می شوند. یک سلول گالوانیکی با EMF، ولتاژ، توان، ظرفیت و انرژی داده شده به مدار خارجی و همچنین پایداری و ایمنی محیطی مشخص می شود.

EMF بر اساس ماهیت فرآیندهای رخ داده در سلول گالوانیکی تعیین می شود. ولتاژ سلول گالوانیکی U به دلیل قطبش الکترودها و تلفات مقاومت همیشه کمتر از EMF آن است:

U = Ee – I(r1–r2) – ΔE،

جایی که Ee EMF عنصر است. I قدرت فعلی در حالت عملکرد عنصر است. r1 و r2 مقاومت هادی های نوع I و II در داخل سلول گالوانیکی هستند. ΔΕ قطبش یک سلول گالوانیکی است که از قطبش الکترودهای آن (آند و کاتد) تشکیل شده است. پلاریزاسیون با افزایش چگالی جریان (i) افزایش می یابد که با فرمول i = I/S تعیین می شود، جایی که S سطح مقطع الکترود است و با افزایش مقاومت سیستم.

در حین کار یک سلول گالوانیکی، EMF آن و بر این اساس، ولتاژ به تدریج به دلیل کاهش غلظت معرف ها و افزایش غلظت محصولات فرآیندهای ردوکس روی الکترودها کاهش می یابد (معادله نرنست را به یاد بیاورید). با این حال، هرچه ولتاژ در هنگام تخلیه سلول گالوانیکی کندتر کاهش یابد، فرصت های بیشتری برای کاربرد آن در عمل بیشتر می شود. ظرفیت سلول مقدار کل برق Q است که سلول گالوانیکی قادر است در حین کار (هنگام تخلیه) از خود خارج کند. ظرفیت توسط جرم معرف های ذخیره شده در سلول گالوانیکی و درجه تبدیل آنها تعیین می شود. با افزایش جریان تخلیه و کاهش دمای عملیاتی المنت به خصوص زیر صفر درجه سانتی گراد، درجه تبدیل معرف ها و ظرفیت عنصر کاهش می یابد.

انرژی یک سلول گالوانیکی برابر با حاصلضرب ظرفیت و ولتاژ آن است: ΔН = Q.U. عناصری با مقدار EMF بالا، جرم کم و درجه تبدیل معرف ها بالاترین انرژی را دارند.

ماندگاری مدت زمان ذخیره یک عنصر است که در طی آن ویژگی های آن در پارامترهای مشخص شده باقی می ماند. با افزایش دمای ذخیره سازی و عملکرد عنصر، ماندگاری آن کاهش می یابد.

ترکیب سلول گالوانیکی: عوامل کاهنده (آند) در سلول های گالوانیکی قابل حمل، به عنوان یک قاعده، روی روی، لیتیوم لی، منیزیم منیزیم هستند. عوامل اکسید کننده (کاتدها) اکسیدهای منگنز MnO2، مس CuO، نقره Ag2O، سولفور SO2 و همچنین نمکهای CuCl2، PbCl2، FeS و اکسیژن O2 هستند.

عظیم ترین در جهانهمچنان تولید عناصر منگنز-روی منگنز-روی وجود دارد که به طور گسترده برای تامین انرژی تجهیزات رادیویی، دستگاه های ارتباطی، ضبط صوت، چراغ قوه و غیره استفاده می شود. طراحی چنین سلول گالوانیکی در شکل نشان داده شده است.

واکنش های مولد جریان در این عنصر هستند :

در آند(–): Zn – 2ē → Zn2+ (در عمل، انحلال تدریجی پوسته روی بدن سلولی وجود دارد).

در کاتد(+): 2MnO2 + 2NH4+ + 2ē → Mn2O3 + 2NH3 + H2O.

فرآیندهای زیر نیز در فضای الکترولیتی انجام می شود:

در آند Zn2+ + 2NH3 →2+;

در کاتد Mn2O3 + H2O → یا 2.

در شکل مولکولی، سمت شیمیایی عملکرد یک سلول گالوانیکی را می توان با واکنش کل نشان داد:

روی + 2MnO2 + 2NH4Cl → Cl2 + 2.

نمودار یک سلول گالوانیکی:

(–) Zn|Zn(NH3)2]2+|||MnO2 (С) (+).

emf چنین سیستمی E = 1.25 ÷ 1.50V است.

یک سلول گالوانیکی منبع انرژی الکتریکی است، اصل کار بر اساس واکنش های شیمیایی است. اکثر باتری‌ها و باتری‌های مدرن تحت این تعریف قرار می‌گیرند و به دسته مورد نظر تعلق دارند. از نظر فیزیکی، یک سلول گالوانیکی از الکترودهای رسانا غوطه ور در یک یا دو مایع (الکترولیت) تشکیل شده است.

اطلاعات کلی

سلول های گالوانیکی با توجه به توانایی تولید جریان الکتریکی به اولیه و ثانویه تقسیم می شوند. هر دو گونه منابع در نظر گرفته می شوند و اهداف متفاوتی را دنبال می کنند. اولی در طی یک واکنش شیمیایی جریان تولید می کند، دومی منحصراً پس از شارژ شدن عمل می کند. در زیر به هر دو گونه خواهیم پرداخت. از نظر مقدار مایعات، دو گروه از سلول های گالوانیکی متمایز می شوند:

اهم متوجه عدم ثبات منابع انرژی با یک مایع واحد شد و متوجه عدم پذیرش سلول گالوانیکی ولاستون برای آزمایشات بر روی مطالعه الکتریسیته شد. دینامیک فرآیند به گونه ای است که در لحظه اولیه زمان، جریان بزرگ است و در ابتدا رشد می کند، سپس در عرض چند ساعت به مقدار متوسط ​​کاهش می یابد. باتری های مدرن دمدمی مزاج هستند.

تاریخچه کشف الکتریسیته شیمیایی

این واقعیت کمی شناخته شده است که در سال 1752 الکتریسیته گالوانیکی توسط یوهان گئورگ ذکر شد. ویرایش آکادمی علوم برلین از مطالعه در مورد منشأ احساسات خوشایند و ناخوشایند حتی تفسیری کاملاً صحیح به این پدیده داد. تجربه: صفحات نقره و سربی را در یک انتها به هم وصل می کردند و صفحات متضاد را از طرفین مختلف روی زبان می گذاشتند. طعم سولفات آهن روی گیرنده ها مشاهده می شود. خوانندگان قبلاً حدس زده اند که روش توصیف شده برای بررسی باتری ها اغلب در اتحاد جماهیر شوروی استفاده می شد.

توضیح پدیده: ظاهراً ذرات فلزی وجود دارد که گیرنده های زبان را تحریک می کند. ذرات در هنگام تماس توسط یک صفحه منتشر می شوند. علاوه بر این، یک فلز در این مورد حل می شود. در واقع، یک اصل عملکرد یک سلول گالوانیکی وجود دارد که در آن صفحه روی به تدریج ناپدید می شود و انرژی پیوندهای شیمیایی را به جریان الکتریکی می دهد. این توضیح نیم قرن قبل از گزارش رسمی الساندرو ولتا به انجمن سلطنتی لندن در مورد کشف اولین منبع انرژی ارائه شد. اما، همانطور که اغلب در مورد اکتشافات، به عنوان مثال، برهمکنش الکترومغناطیسی اتفاق می افتد، این تجربه مورد توجه جامعه علمی عمومی قرار نگرفت و به درستی مورد بررسی قرار نگرفت.

ما اضافه می کنیم که معلوم شد که این با لغو اخیر تعقیب جادوگری مرتبط است: پس از تجربه غم انگیز "جادوگران" ، تعداد کمی تصمیم گرفتند پدیده های غیرقابل درک را مطالعه کنند. در مورد لوئیجی گالوانی که از سال 1775 در بخش آناتومی در بولونیا کار می کرد، وضعیت متفاوت بود. تخصص های او به عنوان محرک های سیستم عصبی در نظر گرفته می شد، اما نوری اثر قابل توجهی را نه در زمینه فیزیولوژی بر جای گذاشت. یکی از شاگردان بکاریا به طور فعال درگیر برق بود. در نیمه دوم سال 1780، همانطور که از خاطرات دانشمند آمده است (1791، De Viribus Electricitatis in Motu Muscylary: Commentarii Bononiensi، جلد 7، ص 363)، قورباغه یک بار دیگر تشریح شد (آزمایش ها سال ها ادامه یافت).

قابل توجه است که یک پدیده غیرمعمول توسط دستیار مورد توجه قرار گرفت، دقیقاً مانند انحراف سوزن قطب نما توسط یک سیم با جریان الکتریکی: این کشف فقط به طور غیر مستقیم توسط افراد مرتبط با تحقیقات علمی انجام شد. مشاهدات مربوط به تکان دادن اندام تحتانی قورباغه بود. در طول آزمایش، دستیار عصب فمور داخلی حیوان تشریح شده را لمس کرد، پاها تکان خوردند. در همان نزدیکی، روی میز، یک ژنراتور الکترواستاتیک بود، جرقه ای روی دستگاه پرید. لوئیجی گالوانی بلافاصله ایده تکرار این تجربه را پیدا کرد. آنچه موفق شد. و دوباره جرقه ای از داخل ماشین سر خورد.

ارتباط موازی با الکتریسیته ایجاد شد و گالوانی می خواست بداند که آیا رعد و برق به روشی مشابه روی قورباغه عمل می کند یا خیر. معلوم شد که بلایای طبیعی تأثیر قابل توجهی ندارند. قورباغه ها که با قلاب های مسی پشت نخاع به حصار آهنی متصل شده بودند، بدون توجه به شرایط آب و هوایی تکان می خوردند. آزمایش‌ها را نمی‌توان با تکرارپذیری 100% اجرا کرد، جو تأثیری نداشت. در نتیجه، گالوانی مجموعه‌ای از جفت‌های متشکل از فلزات مختلف را پیدا کرد که در تماس با یکدیگر و عصب، باعث تکان خوردن پاهای قورباغه می‌شد. امروزه این پدیده با درجات مختلف الکترونگاتیوی مواد توضیح داده می شود. به عنوان مثال، مشخص است که صفحات آلومینیومی را نمی توان با مس پرچ کرد، فلزات یک جفت گالوانیکی با خواص برجسته را تشکیل می دهند.

گالوانی به درستی اشاره کرد که یک مدار الکتریکی بسته تشکیل شده است، پیشنهاد کرد که قورباغه حاوی الکتریسیته حیوانی است که مانند شیشه لیدن تخلیه می شود. الساندرو ولتا این توضیح را نپذیرفت. ولتا پس از مطالعه دقیق شرح آزمایش ها، توضیحی ارائه کرد که جریان از ترکیب دو فلز به طور مستقیم یا از طریق الکترولیت بدن یک موجود بیولوژیکی به وجود می آید. دلیل وقوع جریان در مواد نهفته است و قورباغه به عنوان یک شاخص ساده از این پدیده عمل می کند. به نقل از ولتا از نامه ای خطاب به سردبیر یک مجله علمی:

رساناهای نوع اول (جسم جامد) و نوع دوم (مایعات) در اثر تماس در ترکیبی باعث ایجاد تکانه الکتریسیته می شوند، امروزه توضیح علل این پدیده غیرممکن است. جریان در یک مدار بسته جریان می یابد و در صورت شکسته شدن یکپارچگی مدار ناپدید می شود.

ستون ولتاییک

جیووانی فابرونی در این سری اکتشافات مشارکت داشت و گفت که وقتی دو صفحه از یک جفت گالوانیکی در آب قرار می‌گیرند، یکی شروع به فروپاشی می‌کند. بنابراین، پدیده مربوط به فرآیندهای شیمیایی است. و ولتا، در همین حال، اولین منبع انرژی را اختراع کرد که برای مدت طولانی برای مطالعه برق خدمت می کرد. دانشمند دائماً به دنبال راه هایی برای تقویت عملکرد جفت های گالوانیکی بود، اما آن را پیدا نکرد. در طول آزمایشات، طراحی ستون ولتایی ایجاد شد:

1. لیوان های روی و مس به صورت جفت در تماس نزدیک با یکدیگر گرفته شدند.
2. جفت های حاصل توسط دایره های مرطوب مقوا از هم جدا شدند و یکی بالای دیگری قرار گرفتند.

به راحتی می توان حدس زد که یک اتصال سری از منابع فعلی به دست آمده است، که به طور خلاصه، اثر (تفاوت پتانسیل) را افزایش می دهد. دستگاه جدید در هنگام لمس ضربه ای ایجاد کرد که برای دست انسان قابل توجه بود. مشابه آزمایشات موشنبروک با کوزه لیدن. با این حال، تکرار اثر زمان بر بود. مشخص شد که منبع انرژی منشا شیمیایی دارد و به تدریج تجدید می شود. اما عادت کردن به مفهوم برق جدید آسان نبود. ستون ولتایی مانند کوزه لیدن شارژ شده رفتار می کرد، اما...

ولتا یک آزمایش اضافی ترتیب می دهد. به هر یک از دایره ها یک دسته عایق می دهد، آنها را برای مدتی در تماس قرار می دهد، سپس آنها را باز می کند و با الکتروسکوپ معاینه می کند. در آن زمان، قانون کولن قبلاً شناخته شده بود، معلوم شد که روی بار مثبت و مس بار منفی داشت. ماده اول به ماده دوم الکترون اهدا کرد. به همین دلیل صفحه روی ستون ولتایی به تدریج از بین می رود. برای مطالعه کار، کمیسیونی تعیین شد که استدلال های الساندرو به آن ارائه شد. حتی پس از آن، محقق با استدلال، ثابت کرد که تنش زوج‌ها افزایش می‌یابد.

ولتا توضیح داد که بدون دایره های مرطوب بین فلزات، ساختار مانند دو صفحه عمل می کند: مس و روی. هیچ تقویتی وجود ندارد. ولتا اولین سری الکترونگاتیوی را یافت: روی، سرب، قلع، آهن، مس، نقره. و اگر فلزات میانی را بین فلزات شدید کنار بگذاریم، "نیروی محرک" تغییر نمی کند. ولتا ثابت کرد که الکتریسیته تا زمانی وجود دارد که صفحات در تماس باشند: نیرو قابل مشاهده نیست، اما به راحتی احساس می شود، بنابراین، درست است. در 20 مارس 1800، دانشمند به رئیس انجمن سلطنتی لندن، سر جوزف بنکس، که برای اولین بار توسط مایکل فارادی تماس گرفت، نامه نوشت.

محققان انگلیسی به سرعت دریافتند: اگر آب روی صفحه بالایی (مس) بریزد، گاز در نقطه مشخص شده در منطقه تماس آزاد می شود. آنها آزمایشی را در دو طرف انجام دادند: سیم های یک مدار مناسب در فلاسک هایی با آب محصور شدند. گاز مورد بررسی قرار گرفت. معلوم شد که گاز قابل احتراق است، فقط از یک طرف آزاد می شود. در سیم مقابل، سیم به طرز محسوسی اکسید شده بود. مشخص شده است که اولی هیدروژن است و پدیده دوم به دلیل اکسیژن بیش از حد رخ می دهد. در 2 مه 1800 مشخص شد که فرآیند مشاهده شده تجزیه آب تحت اثر جریان الکتریکی است.

ویلیام کرویک‌شانک بلافاصله نشان داد که می‌توان همین کار را با محلول‌های نمک‌های فلزی انجام داد و ولاستون در نهایت هویت ستون ولتایی را به الکتریسیته ساکن ثابت کرد. همانطور که دانشمند می گوید: عمل ضعیف تر است، اما مدت زمان بیشتری دارد. مارتین ون ماروم و کریستین هاینریش پفاف یک کوزه لیدن را از عنصر بارگیری کردند. و پروفسور هامفری دیوی دریافت که آب خالص نمی تواند به عنوان یک الکترولیت در این مورد عمل کند. برعکس، هرچه مایع قوی‌تر بتواند روی را اکسید کند، ستون ولتایی بهتر عمل می‌کند، که با مشاهدات فابرونی مطابقت کامل داشت.

اسید با سرعت بخشیدن به فرآیند تولید برق عملکرد را تا حد زیادی بهبود می بخشد. در پایان، دیوی یک نظریه منسجم از ستون ولتایی ایجاد کرد. وی توضیح داد که فلزات در ابتدا دارای بار مشخصی هستند، زمانی که کنتاکت ها بسته می شوند، باعث عمل عنصر می شوند. اگر الکترولیت بتواند سطح دهنده الکترون را اکسید کند، لایه اتم های تهی شده به تدریج برداشته می شود و لایه های جدیدی را نشان می دهد که قادر به تولید الکتریسیته هستند.

در سال 1803، ریتر ستونی از دایره های متناوب نقره و پارچه مرطوب را مونتاژ کرد که نمونه اولیه اولین انباشته بود. ریتر آن را از یک ستون ولتایی شارژ کرد و فرآیند تخلیه را مشاهده کرد. تفسیر صحیح این پدیده توسط الساندرو ولتا ارائه شده است. و تنها در سال 1825، آگوست د لا ریو ثابت کرد که انتقال الکتریسیته در محلول توسط یون های یک ماده انجام می شود، با مشاهده تشکیل اکسید روی در یک محفظه با آب خالص، جدا از غشای مجاور. این بیانیه به برزلیوس کمک کرد تا یک مدل فیزیکی ایجاد کند که در آن اتم الکترولیت متشکل از دو قطب (یون) با بار مخالف که قادر به تفکیک هستند، دیده می‌شود. نتیجه، تصویری هماهنگ از انتقال الکتریسیته از راه دور بود.