Химические источники тока: аккумуляторы и батареи

Принцип действия химического источника тока

Основу любого химического источника тока составляют два электрода (отрицательно заряженный анод, который содержит восстановитель, и положительно заряженный катод, который содержит окислитель), которые контактируют с электролитом. Между анодом и катодом устанавливается разность потенциалов, которая соответствует свободной энергии окислительно-восстановительной реакции. Действие химического источника тока основано на протекании пространственно-разделенных процессов: на отрицательно заряженном аноде восстановитель подвергается окислению, в результате чего образованные свободные электроны переходят по внешней замкнутой цепи к положительно заряженному катоду, тем самым создавая разрядный электрический ток. В качестве восстановителя в химических источниках тока используется кадмий, цинк, свинец и т.п. Функцию электролита в химическом источнике тока могут выполнять растворы солей, кислот и щелочей. В качестве окислителя применяются оксиды марганца и свинца, гидроксид никеля и т.п. Химические источники тока делятся на:

1. Электрические аккумуляторы, представляющие собой перезаряжаемые гальванические элементы.
2. Гальванические элементы, представляющие собой химические источники тока, которые невозможно перезарядить.
3. Тепловые элементы, представляющие собой устройства, в которые вещества для осуществления электрохимической реакции подаются извне, а ее продукты удаляются, что способствует непрерывной их работе (при условии подачи реагентов).

Электрические аккумуляторы

Вторичный элемент, в процессе зарядки, функционирует как электролизер (электролитическая ячейка). В первичном элементе используются самопроизвольная химическая реакция. В электролитической ячейке электроэнергия вызывает необходимую химическую реакцию. Перезарядка аккумулятора осуществляется посредством пропускания тока внешнего источника. Самыми распространенными электрическими аккумуляторами являются марганцевые, цинк-серебряные, щелочные и свинцовые электрические аккумуляторы. Основное предназначение аккумуляторов заключается в циклическом накоплении энергии, а также в автономном питании разнообразных электротехнических устройств и оборудования и обеспечения энергией резервных источников в транспорте, медицине, производстве и других сферах. Принцип работы аккумуляторов основан на обратимости химической реакции. Их работоспособность восстанавливается при помощи пропускания электрического тока в направлении, которое обратно его направлению разряда. Основными характеристиками аккумуляторов являются:

1. Емкость. Как правило, под емкостью аккумулятора принимается количество электричества равное одному кулон, при силе тока в один ампер в течении одной секунды.
2. Плотность энергии. Данная характеристика представляет собой количество энергии на единицу массы или объема аккумулятора.
3. Саморазряд. Саморазряд - потеря аккумулятором заряда после полной зарядки при условии отсутствия нагрузки.
4. Температурный режим.
5. Тип.
6. Форм-факторы.

Батареи

Под батарей подразумевается соединение электрохимических источников электрического тока (аккумуляторы, гальванические элементы, топливные элементы). В электротехнике источники электрической энергии фотоэлементы и термоэлементы соединяются в батарею, с целью получения напряжения, которое снимается с батареи, емкость или сила, образованного источника больше, чем может дать один элемент.

Аккумуляторная батарея изготавливается в едином корпусе, где находятся несколько соединенных электрических аккумуляторных элементов. Как правило, наружу корпуса выводится два контакта для присоединения к зарядному устройству или потребляющей цепи. У аккумуляторной батареи могут быть вспомогательные устройства, предназначение которых заключается в обеспечении безопасности и эффективности ее эксплуатации. К таким устройствам относятся датчики температуры и электронные приборы защиты. Аккумуляторная батарея в основном используется, как источник постоянного электрического тока.

Обычно элементы батареи соединяются последовательно. Это способствует увеличению выходного электрического напряжения батареи. Недостаток данного вида соединения заключается в неравномерности разрядки и зарядки, в случае использования разнородных элементов, которые входят в состав батареи.