İlk deneylerde, bilim adamları iki metal plakayı asit içeren bir kaba indirdiler: bakır ve çinko. Plakalar bir iletkenle bağlandı, ardından bakır plaka üzerinde gaz kabarcıkları belirdi ve çinko plaka çözülmeye başladı. Elektrik akımının bir iletkenden geçtiği kanıtlanmıştır. Bu çalışma, galvanik hücrelerin adını aldığı İtalyan bilim adamı Galvani tarafından başlatılmıştır.

Bundan sonra, bilim adamı Volta, bu elementin silindirik bir şeklini, birbirine bağlı ve asitle emprenye edilmiş bir dizi bakır, çinko ve kumaş halka içeren dikey bir sütun şeklinde geliştirdi. Volt tarafından tasarlanan yarım metre yüksekliğindeki dikey eleman, bir kişinin hissedebileceği bir voltaj üretti.

Galvanik hücreler, bir elektrolit içindeki iki metalin kimyasal etkileşimi ile elektrik akımı üreten elektrik enerjisi kaynaklarıdır. Galvanik hücrelerde kimyasal enerji elektrik akımına dönüştürülür.

Cihazın türleri ve özellikleri

Piller, çeşitli elektronik cihazlara, cihazlara, dijital ekipmanlara güç sağlamak için yaygın olarak kullanılır ve üç ana türe ayrılır:

1. Tuz.
2. alkalin.
3. Lityum.

Tuz galvanik hücreler

Bu tür piller manganez-çinko pillere aittir ve şu anda en çok kullanılan pillerdir.

Tuz pillerinin avantajları şunlardır:

• Birçok uygulama için kabul edilebilir elektriksel parametreler.
• Kullanım kolaylığı.
• Düşük üretim maliyetleri nedeniyle düşük fiyat.
• Basit üretim teknolojisi.
• Ucuz ve ulaşılabilir hammaddeler.

Uzun süredir, bu tür pil, kalite ve fiyat oranı nedeniyle en popüler olanıdır. Bununla birlikte, son yıllarda üreticiler, elektronik ekipman üreticileri tarafından güç kaynaklarına yönelik gereksinimler arttığından, tuz galvanik pillerin üretimini azalttı ve hatta serbest bırakmayı reddetti.

Tuz pillerinin dezavantajları şunlardır:

• Kısa raf ömrü, en fazla 2 yıl.
• Düşen sıcaklıkla birlikte özelliklerde keskin bir düşüş.
• Modern tüketicilerin operasyonel değerlerine çalışma akımındaki artışla kapasitansta keskin bir düşüş.
• Çalışma sırasında hızlı voltaj düşüşü.

Tuz galvanik hücreleri, elektroliti sıkıştıran pozitif elektrotun hacmindeki artış nedeniyle elektrolit sızıntısıyla ilişkili olarak deşarjlarının sonunda sızıntı yapabilir. Pozitif elektrotun aktif kütlesi manganez dioksit ve elektrolitten oluşur. Aktif karışıma eklenen karbon karası ve grafit, aktif karışımın elektriksel iletkenliğini arttırır. Pilin markasına bağlı olarak payları %8 ila %20 arasındadır. Oksitleyicinin ömrünü uzatmak için aktif karışım elektrolit ile doyurulur.

Negatif elektrot, korozyona dayanıklı saflaştırılmış çinkodan yapılmıştır. Korozyon inhibitörü olan az miktarda kadmiyum veya kurşun içerir. Geçmişte, piller elektrolit olarak amonyum klorür kullanıyordu. Akım oluşum reaksiyonuna katılır, iyonların geçirgenliğini oluşturur. Ancak böyle bir elektrolit iyi sonuçlar göstermedi ve yerini kalsiyum klorür safsızlıkları ile çinko klorür aldı. Manganez elementleri daha uzun süre dayanır ve daha düşük sıcaklıklarda daha iyi sonuçlar verir.

Tuzlu galvanik hücrelerde, negatif kutup çinko kasa 7'dir. Pozitif elektrot 6, elektrolit emdirilmiş preslenmiş aktif bir kütleden yapılmıştır. Bu kütlenin merkezinde elektrolitteki nemi tutmak için parafinle işlenmiş bir karbon çubuk 5 bulunur. Çubuğun üst kısmı metal bir kapakla kapatılmıştır. Ayırıcı 4 kalın bir elektrolit içerir. Batarya çalışması sırasında oluşan gazlar, gaz odası 1'e girer. Pil yukarıdan bir conta 3 ile kapatılmıştır. Galvanik hücrenin tamamı karton veya folyodan yapılmış bir kasa 2 içine alınmıştır.

Alkalin piller

Alkalin piller geçen yüzyılın ortalarında ortaya çıktı. İçlerinde manganez dioksit oksitleyici bir madde görevi görür ve çinko tozu indirgeyici madde görevi görür. Bu, yüzeyi arttırmayı mümkün kılar. Geçmişte, korozyonu önlemek için birleştirme kullanılmıştır. Ancak cıva yasağından sonra, diğer metaller ve korozyon inhibitörleri ilavesiyle rafine çinko tozları kullanılır.

Bir alkalin (alkalin) pilin anodunun aktif maddesi, alüminyum, indiyum veya kurşun ilavesiyle toz halinde saflaştırılmış çinko idi. Katot aktif karışımı manganez dioksit, asetilen siyahı veya grafit içerir. Alkalin pillerin elektroliti, çinko oksit ilavesiyle kostik soda veya potasyumdan oluşur.

Toz anot, tuzlu pillerin aksine aktif karışımın kullanımında önemli bir artış sağlar. Alkalin piller, eşit genel boyutlara sahip olarak salin pillerden çok daha büyük bir kapasiteye sahiptir. Soğuk havada iyi performans gösterdiler.

Alkali elementlerin cihazının bir özelliği çinko tozudur, bu nedenle pozitif bir çıkış için çinko kap yerine çelik bir kasa kullanılır. Pozitif elektrotun aktif karışımı, çelik kasanın iç duvarının yakınında bulunur. Bir alkalin pilde, tuzlu olanın aksine, pozitif elektrotun aktif karışımından daha fazlasını barındırmak mümkündür.

Aktif karışıma elektrolit ile nemlendirilmiş bir selofan ayırıcı eklenir. Pilin ortasından bir pirinç negatif elektrot geçer. Ayırıcı ile negatif akım toplayıcı arasındaki hacmin geri kalanı, kalın bir elektrolitle emprenye edilmiş çinko tozu formundaki anot macunu ile doldurulur. Elektrolit olarak genellikle özel çinko bileşikleri ile doymuş bir alkali kullanılır. Bu, elemanın çalışmasının başlangıcında alkali tüketiminin önlenmesini ve korozyonun azaltılmasını mümkün kılar. Alkalin pillerin kütlesi, çelik kasa ve aktif karışımın daha yüksek yoğunluğu nedeniyle salin pillerden daha yüksektir.

Birçok temel parametrede, alkali galvanik hücreler tuz hücrelerinden üstündür. Bu nedenle, alkalin pillerin üretimi şu anda artmaktadır.

Lityum piller

Lityum galvanik hücreler, çeşitli modern cihazlarda kullanılmaktadır. Çeşitli boyut ve tiplerde mevcutturlar.

Lityum piller var ve aralarında büyük farklar var. Piller, diğer hücre türlerinin aksine katı bir organik elektrolite sahiptir. Lityum piller, orta ve düşük deşarj akımlarının, kararlı çalışma voltajının gerekli olduğu yerlerde kullanılır. Bir lityum pil belirli sayıda yeniden şarj edilebilir, ancak piller bunun için tasarlanmamıştır ve yalnızca bir kez kullanılır. Açılmamalı veya yeniden doldurulmamalıdır.

Temel üretim gereksinimleri

• Kasanın güvenilir sızdırmazlığı. Dış ortamdan elektrolit sızıntısı ve diğer maddelerin girmesine izin verilmemelidir. Lityum oldukça aktif bir element olduğundan, sıkılığın ihlali tutuşmasına neden olur. Sızdırmazlığı kırılmış galvanik hücreler çalışmaya uygun değildir.
• Üretim, argon atmosferi ve nem kontrolü olan kapalı odalarda yapılmalıdır.

Lityum pillerin şekli silindirik, disk veya prizmatiktir. Boyutlar pratik olarak diğer pil türlerinden farklı değildir.

kullanım kapsamı

Lityum galvanik piller diğer hücrelere göre daha uzun ömürlüdür. Kapsam çok geniştir:

• Uzay endüstrisi.
• Havacılık üretimi.
• Savunma Sanayii.
• Çocuk oyuncakları.
• Tıbbi malzeme.
• bilgisayarlar.
• Fotoğraf ve video kameralar.

Avantajlar

• Geniş çalışma sıcaklığı aralığı.
• Kompakt boyut ve ağırlık.
• Uzun işlem.
• Çeşitli koşullarda kararlı parametreler.
• Geniş kapasite.

Kusurlar

• Kullanım kurallarına uyulmaması durumunda ani yangın çıkma olasılığı.
• Diğer pil türlerine göre yüksek fiyat.

Çalışma prensibi

Galvanik hücrelerin eylemi, elektrolit ortamındaki iki farklı metalin birbiriyle etkileşime girmesi ve bunun sonucunda dış devrede bir elektrik akımı oluşmasına dayanır.

Bu tür kimyasal elementlere bugün pil denir. Akü voltajı miktarı, kullanılan metal türlerine ve içindeki elementlerin sayısına bağlıdır. Batarya cihazının tamamı metal bir silindirin içine yerleştirilmiştir. Elektrotlar, bir indirgeyici madde ve bir oksitleyici madde ile kaplanmış metal ızgaralardır.

Piller, oksitleyici ajanın ve indirgeyici ajanın kimyasal enerjisini doğrudan elektrik enerjisine dönüştürdükleri için kaybolan özelliklerini geri kazanamazlar. Pilin çalışması sırasında kimyasal reaktifler yavaş yavaş tüketilir ve elektrik akımı azalır.

Pilin negatif ucu çinko veya lityumdan yapılmıştır, elektron kaybeder ve indirgeyici bir maddedir. Bir başka olumlu sonuç, oksitleyici bir maddenin rolünü oynar, magnezyum oksit veya metal tuzlarından yapılır. Elektrolitin bileşimi normal koşullar altında kendi içinden bir elektrik akımı geçmez. Elektrik devresi kapatıldığında, elektrolitin elektriksel iletkenliğinin ortaya çıkmasına neden olan iyonlara ayrışması başlar. Elektrolit genellikle bir asit çözeltisinden veya sodyum ve potasyum tuzlarından oluşur.

Galvanik hücrelerin ortaya çıkması için ön koşullar. Biraz tarih. 1786'da İtalyan tıp profesörü fizyolog Luigi Aloisio Galvani ilginç bir fenomen keşfetti: bakır kancalara asılı yeni açılmış bir kurbağa cesedinin arka ayaklarının kasları, bilim adamı onlara çelik bir neşterle dokunduğunda kasıldı. Galvani hemen bunun "hayvan elektriğinin" bir tezahürü olduğu sonucuna vardı.

Galvani'nin ölümünden sonra, bir kimyager ve fizikçi olan çağdaşı Alessandro Volta, farklı metaller temas ettiğinde elektrik akımı üretimi için daha gerçekçi bir mekanizmayı tanımlayacak ve halka gösterecek.

Volta, bir dizi deneyden sonra, bir sıvıya yerleştirilmiş farklı metallerden yapılmış iki iletkenin varlığından dolayı devrede akımın ortaya çıktığı ve bunun hiç de "hayvan elektriği" olmadığı konusunda kesin bir sonuca varacaktır. Galvani'nin düşündüğü gibi. Kurbağanın bacaklarının seğirmesi, farklı metaller (bakır kancalar ve çelik bir neşter) temas ettiğinde meydana gelen akımın etkisinin bir sonucuydu.

Volta, Galvani'nin ölü bir kurbağa üzerinde gösterdiği fenomenin aynısını, ancak tamamen cansız bir ev yapımı elektrometre üzerinde gösterecek ve 1800'de akımın oluşumu için kesin bir açıklama yapacak: “ikinci sınıf bir iletken (sıvı) içindedir. orta ve iki farklı metalden birinci sınıf iki iletkenle temas halindedir ... Sonuç olarak, şu veya bu yönde bir elektrik akımı ortaya çıkar.

İlk deneylerden birinde Volta, iki tabak çinko ve bakırı bir asit kavanozuna indirdi ve bunları tel ile birbirine bağladı. Bundan sonra çinko levha çözülmeye başladı ve bakır çelik üzerinde gaz kabarcıkları belirdi. Volta, elektrik akımının telden geçtiğini öne sürdü ve kanıtladı.

İlk galvanik hücre olan "Volta elemanı" bu şekilde icat edildi. Kolaylık sağlamak için Volta, asitle emprenye edilmiş birbirine bağlı çinko, bakır ve kumaş halkalarından oluşan dikey bir silindir (sütun) şeklini verdi. Yarım metre yüksekliğindeki bir volta sütunu, insanlara duyarlı bir voltaj oluşturdu.

Araştırmanın başlangıcı Luigi Galvani tarafından atıldığından, isim aynı zamanda onun anısını da kendi adıyla korumuştur.

Galvanic hücre iki metalin ve/veya oksitlerinin bir elektrolit içinde etkileşimine dayanan ve kapalı bir devrede elektrik akımı görünümüne yol açan kimyasal bir elektrik akımı kaynağıdır. Böylece galvanik hücrelerde kimyasal enerji elektrik enerjisine çevrilir.

Günümüzde galvanik hücreler

Günümüzde galvanik hücrelere piller denir. Üç tür pil yaygındır: salin (kuru), alkalin (bunlara ayrıca alkalin, İngilizce'de "alkalin" - "alkalin" denir) ve lityum. 1800'de Volta tarafından açıklanan çalışma prensibi hala aynıdır: iki metal ve harici bir kapalı devrede bir elektrik akımı ortaya çıkar.

Batarya voltajı hem kullanılan metallere hem de "bataryadaki" hücre sayısına bağlıdır. Piller, pillerin aksine, kimyasal enerjiyi, yani pili oluşturan reaktiflerin (indirgeyici ve oksitleyici) enerjisini doğrudan elektrik enerjisine dönüştürdükleri için özelliklerini geri kazanamazlar.

Bataryanın içerdiği reaktifler, çalışması sırasında tüketilirken, akım kademeli olarak azalır, bu nedenle reaktifler tamamen reaksiyona girdikten sonra kaynak biter.

Alkalin ve tuz hücreleri (piller) çeşitli elektronik cihazlara, radyo ekipmanlarına, oyuncaklara güç sağlamak için yaygın olarak kullanılır ve lityum piller çoğunlukla şeker ölçüm cihazları gibi taşınabilir tıbbi cihazlarda veya kameralar gibi dijital teknolojilerde bulunur.

Tuzlu piller olarak adlandırılan manganez-çinko piller, içinde sıvı elektrolit çözeltisi olmayan "kuru" galvanik pillerdir.

Çinko elektrot (+), beher şeklindeki bir katottur ve anot, manganez dioksit ve grafitin toz haline getirilmiş bir karışımıdır. Akım grafit çubuktan akar. Kullanılan elektrolit, hiçbir şeyin akmaması için kalınlaştırmak için nişasta veya un ilavesiyle bir amonyum klorür çözeltisi macunudur.

Tipik olarak, pil üreticileri tuz hücrelerinin tam bileşimini listelemezler, ancak tuzlu piller en ucuzudur ve genellikle güç tüketiminin son derece düşük olduğu cihazlarda kullanılırlar: saatlerde, uzaktan kumandalarda, elektronik termometrelerde vb.

Kapasiteleri büyük ölçüde modlara ve çalışma koşullarına bağlı olduğundan, "nominal kapasite" kavramı manganez-çinko pilleri karakterize etmek için nadiren kullanılır. Bu elemanların ana dezavantajları, deşarj boyunca önemli bir voltaj düşüşü oranı ve deşarj akımındaki artışla çıkış kapasitesinde önemli bir azalmadır. Nihai deşarj voltajı yüke bağlı olarak 0,7-1,0 V aralığında ayarlanır.

Sadece deşarj akımının büyüklüğü değil, aynı zamanda yükün zaman çizelgesi de önemlidir. Yüksek ve orta akımlarla aralıklı deşarj ile pillerin performansı sürekli çalışmaya göre belirgin şekilde artar. Ancak, düşük deşarj akımlarında ve aylarca süren kesintilerde, kendi kendine deşarj olmalarının bir sonucu olarak kapasiteleri düşebilir.

Yukarıdaki grafik, daha sonra tartışılacak olan alkalin pile kıyasla ortalama bir tuz pilinin 4, 10, 20 ve 40 saatte boşalma eğrilerini göstermektedir.

Bir alkalin pil, katot olarak manganez dioksit, anot olarak toz halinde çinko ve elektrolit olarak genellikle potasyum hidroksit macunu biçiminde bir alkali solüsyon kullanan bir manganez-çinko elektrokimyasal hücredir.

Bu pillerin bir takım avantajları vardır (özellikle önemli ölçüde daha büyük kapasite, düşük sıcaklıklarda ve yüksek yük akımlarında daha iyi performans).

Alkalin piller tuzlu pillere göre daha uzun süre daha fazla akım sağlayabilir. Çinko burada cam şeklinde değil, elektrolit ile daha geniş bir temas alanına sahip bir toz formunda kullanıldığından daha yüksek bir akım mümkün hale gelir. Potasyum hidroksit, bir macun şeklinde bir elektrolit olarak kullanılır.

Bu tür galvanik hücrelerin uzun süre önemli miktarda akım (1 A'ya kadar) iletme kabiliyeti nedeniyle, şu anda alkalin piller en yaygın olanıdır.

Elektrikli oyuncaklarda, taşınabilir tıbbi cihazlarda, elektronik cihazlarda, kameralarda - alkalin piller her yerde kullanılmaktadır. Deşarj düşük akım ise tuzlu olanlardan 1,5 kat daha uzun süre hizmet ederler. Grafik, 4, 10, 20 ve 40 saatlik bir tuz piliyle (grafik yukarıda verilmiştir) karşılaştırma için çeşitli akımlardaki deşarj eğrilerini göstermektedir.

Lityum piller

Oldukça yaygın olan bir başka galvanik hücre türü, lityum pillerdir - lityum veya bileşiklerinin anot olarak kullanıldığı, yeniden şarj edilemeyen tekli galvanik hücreler. Bir alkali metal kullanılması nedeniyle, yüksek bir potansiyel farkına sahiptirler.

Bir lityum pilin katodu ve elektroliti çok farklı olabilir, bu nedenle "lityum pil" terimi, aynı anot malzemesine sahip bir grup hücreyi bir arada gruplandırır. Örneğin katot olarak manganez dioksit, karbon monoflorür, pirit, tiyonil klorür vb. kullanılabilir.

Lityum piller, uzun ömürleri ve yüksek maliyetleri ile diğer pillerden farklıdır. Seçilen boyuta ve kullanılan kimyasal maddelere bağlı olarak bir lityum pil, 1,5 V (alkalin pillerle uyumlu) ile 3,7 V arasında voltaj üretebilir.

Bu piller birim ağırlık başına en yüksek kapasiteye ve uzun raf ömrüne sahiptir. Lityum hücreler, modern taşınabilir elektronik cihazlarda yaygın olarak kullanılmaktadır: bilgisayar anakartlarındaki saatlere güç sağlamak için, taşınabilir tıbbi cihazlara, saatlere, hesap makinelerine, fotoğraf ekipmanlarına vb. güç sağlamak için.

Yukarıdaki grafik, iki popüler üreticinin iki lityum pilinin deşarj eğrilerini göstermektedir. İlk akım 120 mA idi (yaklaşık 24 ohm'luk bir direnç için).

Bir galvanik hücre, kimyasal enerjinin elektrik enerjisine doğrudan dönüşümünün gerçekleştiği kimyasal bir elektrik akımı kaynağıdır. Bu nedenle, o. En yaygın pillerin görünümü Şekil 1'de gösterilmiştir.

Tuz (kuru), alkali ve lityum elementleri vardır. Galvanik hücreler genellikle pil olarak adlandırılır, ancak bu isim yanlıştır, çünkü. pil, birkaç özdeş cihazın bağlantısıdır. Örneğin, üç galvanik hücre seri bağlandığında, yaygın olarak kullanılan 4,5 voltluk pil oluşur.

Bir galvanik hücrenin çalışma prensibi, iki metalin bir elektrolit yoluyla etkileşimine dayanır ve bu da kapalı bir devrede bir elektrik akımının ortaya çıkmasına neden olur. Voltaj kullanılan metallere bağlıdır. Bu kimyasal akım kaynaklarından bazıları Tablo 1'de gösterilmiştir.

Satışta esas olarak tuz adı verilen manganez-çinko elementleri bulunur. Pil üreticileri genellikle kimyasal bileşimlerini listelemezler. Bunlar sadece saat, elektronik termometre veya uzaktan kumanda gibi düşük tüketimli cihazlarda kullanılabilen en ucuz elektrokimyasal hücrelerdir. Şekil 2, tuz pilinin görünümünü ve iç yapısını göstermektedir.

Eşit derecede yaygın bir pil, alkalin manganez pillerdir. Satışta, adı Rusçaya çevirme zahmetine girmeden alkalin olarak adlandırılırlar. Bir alkalin galvanik hücrenin iç yapısı Şekil 2'de gösterilmiştir.

Bu kimyasal güç kaynakları daha yüksek kapasiteye (2...3 A/h) sahiptir ve daha uzun süre daha fazla akım sağlayabilirler. çinko cam şeklinde değil, elektrolit ile daha geniş bir temas alanı olan bir toz halinde kullanılır. Elektrolit olarak potasyum hidroksit kullanılır. Bu tür galvanik hücrelerin, şu anda en yaygın olan önemli bir akımı (1 A'ya kadar) uzun süre verme yeteneğinden kaynaklanmaktadır.

Oldukça yaygın olan bir başka galvanik hücre türü de lityum çubuklardır. Bir alkali metal kullanılması nedeniyle, yüksek bir potansiyel farkına sahiptirler. Lityum pillerin voltajı 3 V'tur. Ancak piyasada 1,5 V'luk lityum piller de bulunmaktadır. Bu piller birim ağırlık başına en yüksek kapasiteye ve uzun raf ömrüne sahiptir. Genellikle bilgisayar anakartları ve fotoğraf ekipmanlarındaki saatlere güç sağlamak için kullanılırlar. Dezavantajı yüksek maliyettir. Lityum pillerin görünümü Şekil 4'te gösterilmektedir.

Hemen hemen tüm galvanik hücrelerin ana güç kaynaklarından yeniden şarj edilebildiğine dikkat edilmelidir. İstisna Yeniden şarj etmeye çalışırsanız patlayabilen lityum piller.

Piller, çeşitli cihazlarda kullanım için standartlaştırılmıştır. Galvanik hücreler için en yaygın mahfaza tipleri Tablo 2'de gösterilmektedir.

Elektronik cihazların mahfazası içerisine pillerin sabitlenmesi için şu anda hazır pil bölmeleri sunulmaktadır. Kullanımları, bir radyo-elektronik cihazın mahfazasının geliştirilmesini önemli ölçüde basitleştirmeyi ve üretim maliyetini düşürmeyi mümkün kılar. Bazılarının görünümü Şekil 5'te gösterilmiştir.

Pil alıcılarını endişelendiren ilk soru pil ömürleridir. Bir galvanik hücrenin üretim teknolojisine bağlıdır. Çıkış voltajının pil üretim teknolojisine tipik bir bağımlılığının grafiği Şekil 5'te gösterilmektedir.

http://www.batteryshowdown.com/ web sitesinde çeşitli şirketlere ait pil testlerinin sonuçları Şekil 7'de gösterilmektedir.

Ve son olarak, hangi tür pilleri kullanmanın mantıklı olduğu konusunda sonuçlar çıkaralım, çünkü pil satın alırken her zaman maksimum yararlı etkiyi en düşük maliyetle elde etmeye çalışırız.

1. Market ve büfelerden pil satın almamalısınız. Genellikle orada uzun süre yatarlar ve bu nedenle kendi kendine boşalma nedeniyle kapasitelerini fiilen kaybederler. Ekipman için bile tehlikeli olabilir, çünkü. ucuz galvanik piller (piller) kullanırken bunlardan elektrolit sızıntısı olabilir. Bu ekipmana zarar verir! İyi bir mal cirosu olan mağazalardan satın almak daha iyidir.
2. el feneri, oynatıcı veya kamera gibi yeterince büyük akım tüketen cihazlarda alkalin (alkalin) piller kullanılmalıdır. Düşük güçlü cihazlarda ömürleri tuzlu pillerden farklı değildir.
3. Tuz ("normal", karbon-çinko galvanik hücreler), bir yıl veya daha uzun süre bir pil seti ile çalışmak üzere tasarlanmış saatlerde, kızılötesi uzaktan kumandalarda ve diğer cihazlarda mükemmel şekilde çalışacaktır. Ancak soğukta çalışamazlar.
4. Günümüz için en uygun maliyetli piller AA pillerdir. Aynı kapasiteye sahip hem küçük parmaklar (AAA) hem de büyük olanlar (R20) daha pahalıdır. Modern R20 pillerin kapasitesi, AA pillerinkiyle hemen hemen aynıdır ve bu, boyutun üç katıdır!
5. Bükümsüz markalara dikkat etmeyin. Duracell ve Energizer'ın galvanik hücreleri, diğer şirketlerin pillerinden bir buçuk ila iki kat daha pahalıdır ve aynı zamanda yaklaşık olarak aynı şekilde çalışır

Kızıl, TSU

MAKALE

Konu: "Galvanik hücreler. Akümülatörler."

Derleyen: Spiridonova V.A.

I kursu, IV grubu, FMF

Kontrol eden: Kendivan O.D.

2001

I.Giriş

II. Galvanik akım kaynakları

1. Galvanik hücre türleri

III. piller

1. Asit

2. Alkali

3. Mühürlü nikel kadmiyum

4. Mühürlü

5. "DRYFIT" teknolojisine sahip akümülatörler

GİRİİŞ

Uzun yıllardır kimyasal akım kaynakları (CPS)

sıkıca hayatımıza girdi. Günlük yaşamda, tüketici nadiren ödeme yapar

kullanılan HIT farklılıklarına dikkat edin. Onun için bunlar piller ve

akümülatörler. Genellikle aşağıdaki gibi cihazlarda kullanılırlar:

fenerler, oyuncaklar, radyolar veya arabalar.

Güç tüketimi göreli olduğunda

büyük (10Ah), piller kullanılır, çoğunlukla asit,

yanı sıra nikel-demir ve nikel-kadmiyum. Onlar uygulanır

taşınabilir bilgisayarlar (Laptop, Notebook, Palmtop), giyilebilir cihazlar

iletişim, acil durum aydınlatması vb.

Son yıllarda, bu tür piller yaygın olarak kullanılmaktadır.

bilgisayarlar ve elektromekanik için yedek güç kaynakları

olası pik yükler için enerji depolayan sistemler

ve hayati sistemlerin acil durum güç kaynağı.

GALVANİK AKIM KAYNAKLARI

Tek etkili galvanik akım kaynakları

birleşik bir kapsayıcıdır

aktif malzeme tarafından emilen bir elektrolit var

ayırıcı ve elektrotlar (anot ve katot), bu yüzden denir

kuru öğeler. Bu terim, ilgili olarak kullanılır

sıvı elektrolit içermeyen tüm hücreler. her zamanki gibi

kuru elementler karbon-çinko elementlerini içerir.

Kuru hücreler düşük akımlarda ve aralıklı olarak kullanılır.

çalışma modları. Bu nedenle, bu elemanlar yaygın olarak kullanılmaktadır.

telefonlar, oyuncaklar, alarm sistemleri vb.

Herhangi bir galvanik hücrenin etkisi, içinde bir redoks reaksiyonunun meydana gelmesine dayanır. En basit durumda, bir galvanik hücre, çeşitli metallerden yapılmış ve bir elektrolit çözeltisine daldırılmış iki plaka veya çubuktan oluşur. Böyle bir sistem, redoks reaksiyonunu uzamsal olarak ayırmayı mümkün kılar: oksidasyon bir metalde, indirgeme diğerinde gerçekleşir. Böylece, elektronlar dış devre boyunca indirgeyici maddeden oksitleyici maddeye aktarılır.

Örnek olarak, çinko ve bakır sülfat arasındaki yukarıdaki reaksiyonun enerjisiyle çalışan bir bakır-çinko galvanik hücreyi düşünün. Bu element (Jacobi-Daniel elementi), bakır sülfat çözeltisine batırılmış bir bakır levhadan (bakır elektrot) ve çinko sülfat solüsyonuna batırılmış bir çinko levhadan (çinko elektrot) oluşur. Her iki çözelti de birbiriyle temas halindedir, ancak karışmayı önlemek için gözenekli malzemeden yapılmış bir bölme ile ayrılırlar.

Eleman çalışırken, yani kapalı bir zincirle çinko oksitlenir: çözelti ile temas ettiği yüzeyde çinko atomları iyonlara dönüşür ve hidratlanarak çözeltiye girer. Bu süreçte salınan elektronlar, dış devre boyunca bakır elektrota doğru hareket eder. Bu işlemlerin tamamı şematik olarak yarı reaksiyon denklemi veya elektrokimyasal denklem ile temsil edilir:

Bakır elektrotta bakır iyonları indirgenir. Çinko elektrottan buraya gelen elektronlar, çözeltiden ayrılan dehidre bakır iyonları ile birleşerek; metal şeklinde salınan bakır atomları oluşur. Karşılık gelen elektrokimyasal denklem şu şekildedir:

Elementte meydana gelen reaksiyonun genel denklemi, her iki yarı reaksiyonun denklemlerinin toplanmasıyla elde edilir. Böylece, bir galvanik hücrenin çalışması sırasında, indirgeyici maddeden gelen elektronlar dış devre boyunca oksitleyici maddeye geçer, elektrotlar üzerinde elektrokimyasal işlemler gerçekleşir ve çözeltide yönlendirilmiş bir iyon hareketi gözlenir.

Oksidasyonun meydana geldiği elektrot anot (çinko) olarak adlandırılır. İndirgemenin gerçekleştiği elektrot katot (bakır) olarak adlandırılır.

Prensip olarak, herhangi bir redoks reaksiyonu elektrik enerjisi üretebilir. Ancak reaksiyon sayısı

Kimyasal kaynaklarda pratik olarak kullanılan elektrik enerjisi küçüktür. Bunun nedeni, her redoks reaksiyonunun teknik olarak değerli özelliklere sahip bir galvanik hücre yaratmayı mümkün kılmamasıdır. Ayrıca birçok redoks reaksiyonu pahalı maddelerin tüketimini gerektirir.

Bakır-çinko pilin aksine, tüm modern galvanik piller ve piller iki değil bir elektrolit kullanır; bu tür akım kaynakları operasyonda çok daha uygundur.

GALVANİK HÜCRE TİPLERİ

Karbon-çinko elementleri

Karbon-çinko elementleri (manganez-çinko)

en yaygın kuru elementler. karbon-çinko içinde

elemanlar pasif (karbon) bir akım toplayıcı kullanır

bir elektrolit olan manganez dioksit (MnO2) anodu ile temas

amonyum klorür ve bir çinko katot. elektrolit içinde

macunsu durum veya gözenekli bir diyaframı emprenye eder.

Böyle bir elektrolit biraz hareketlidir ve yayılmaz, bu nedenle

elementlere kuru denir.

Karbon-çinko elementleri sırasında "geri kazanılır"

iş yerinde mola Bu fenomen, kademeli

kompozisyondaki yerel heterojenliklerin hizalanması

deşarj işlemi sırasında üretilen elektrolit. Sonuç olarak

periyodik "dinlenme" elemanı ömrü uzar.

Karbon-çinko elementlerinin avantajı,

nispeten düşük maliyet. Önemli dezavantajlara

deşarj sırasında voltajda önemli bir düşüşe atfedilmelidir,

düşük özgül güç (5...10 W/kg) ve kısa süreli

depolamak.

Düşük sıcaklıklar verimliliği azaltır

galvanik hücreler ve pilin iç ısıtması

yükseltir. Sıcaklıktaki bir artış, elektrolit içinde bulunan su ve elektrolitin kuruması nedeniyle çinko elektrodun kimyasal aşınmasına neden olur. Bu faktörler, pili yüksek sıcaklıkta tutarak ve önceden yapılmış bir delikten hücreye salin solüsyonu vererek bir şekilde telafi edilebilir.

alkali elementler

Çinko-karbon gibi, alkali hücreler de bir MnO2 anot ve ayrı bir elektrolit içeren bir çinko katot kullanır.

Alkali elementler ile karbon-çinko elementler arasındaki fark

bir alkalin elektrolit kullanımında, bunun sonucu olarak

deşarj sırasında neredeyse hiç gaz oluşumu yoktur ve bunlar

birçoğu için çok önemli olan hermetik uygulama

uygulamalar.

cıva elementleri

Cıva elementleri alkali elementlere çok benzer. içlerinde

cıva oksit (HgO) kullanılır. Katot, bir toz karışımından oluşur.

çinko ve cıva. Anot ve katot bir ayırıcı ve bir diyafram ile ayrılır,

%40 alkali solüsyon ile emprenye edilmiştir.

Cıva kıt ve zehirli olduğu için cıva elementleri değildir.

tamamen kullanıldıktan sonra atılmalıdır. Yapmalılar

geri dönüşüm için gidin.

gümüş elemanlar

Ag2O ve AgO'dan yapılmış "gümüş" katotları vardır.

lityum hücreler

Lityum anotlar, organik elektrolit kullanıyorlar

ve çeşitli malzemelerin katotları. Onlar çok büyük

raf ömrü, yüksek enerji yoğunlukları ve verimli

Su içermedikleri için geniş bir sıcaklık aralığında.

Lityum en yüksek negatif potansiyele sahip olduğundan

tüm metallere, lityum hücrelere karşı

en yüksek anma gerilimi ile karakterize edilir

minimum boyutlar.

İyonik iletkenlik,

büyük anyonlara sahip tuzların çözücüleri.

Lityum pillerin dezavantajları şunları içerir:

yüksek fiyat nedeniyle nispeten yüksek maliyet

lityum, bunların üretimi için özel gereklilikler (ihtiyaç

atıl atmosfer, sulu olmayan çözücülerin saflaştırılması). Meli

ayrıca bazı lityum pillerin

açılış patlayıcıdır.

Lityum hücreler, bellek devreleri, ölçüm cihazları ve diğer yüksek teknolojili sistemler için yedek güç kaynaklarında yaygın olarak kullanılmaktadır.

PİLLER

Piller kimyasal kaynaklardır

yeniden kullanılabilir elektrik enerjisi Onlar oluşur

iki elektrot (pozitif ve negatif), elektrolit

ve kolordu. Pildeki enerji birikimi şu durumlarda gerçekleşir:

kimyasal oksidasyon-redüksiyon reaksiyonunun seyri

elektrotlar. Pil boşaldığında, geri

süreçler. Akü voltajı potansiyel farktır

sabit bir yükte akü kutupları arasında.

Yeterince büyük voltaj değerleri elde etmek veya

bireysel pillerin şarj edilmesi birbirine bağlıdır

pillere seri veya paralel olarak. bir numara var

piller için genel olarak kabul edilen voltajlar: 2; dört; 6;

Kendimizi aşağıdaki pillerle sınırlıyoruz:

asit piller, geleneksel göre yapılmış

teknoloji;

sabit kurşun ve tahrik (otomobil ve

traktör);

sızdırmaz bakım gerektirmeyen aküler, sızdırmaz

nikel-kadmiyum ve asit "dryfit" A400 ve A500 (jöle

elektrolit).

ASİT AKÜLER

Örnek olarak, kullanıma hazır bir kurşun-asit bataryayı düşünün. Bazıları kurşun dioksit ve diğerleri süngerimsi kurşun metal ile doldurulmuş kafesli kurşun levhalardan oluşur. Plakalar %35-40 H2SO4 solüsyonuna daldırılır; bu konsantrasyonda sülfürik asit çözeltisinin elektrik iletkenliği maksimumdur.

Pilin çalışması sırasında - boşaldığında - içinde metalik kurşunun oksitlendiği bir redoks reaksiyonu meydana gelir:

Pb + SO4= PbSO4 + 2e-

Ve kurşun dioksit geri yüklenir:

Pb + SO4 + 4H+ + 2e- = PbSO4 + 2H2O

Oksidasyon sırasında metal kurşun atomları tarafından bağışlanan elektronlar, indirgeme sırasında PbO2 kurşun atomları tarafından kabul edilir; Elektronlar bir dış devre yoluyla bir elektrottan diğerine aktarılır.

Böylece metalik kurşun, kurşun pilde anot görevi görür ve negatif yüklüyken, PbO2 katot görevi görür ve pozitif yüklüdür.

Dahili devrede (H2SO4 çözeltisinde), pil çalışırken iyon taşınması gerçekleşir. SO42 iyonları anoda doğru hareket eder ve H+ iyonları katoda doğru hareket eder. Bu hareketin yönü, elektrot işlemlerinin meydana gelmesinden kaynaklanan elektrik alanı tarafından belirlenir: anyonlar anotta tüketilir ve katotta tüketilen katyonlar. Sonuç olarak, çözelti elektriksel olarak nötr kalır.

Kurşunun oksidasyonuna ve PbO2'nin indirgenmesine karşılık gelen denklemleri eklersek, genel reaksiyon denklemini elde ederiz,

çalışması (deşarjı) sırasında bir kurşun pilde akan:

Pb + PbO2 + 4H+ + 2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O

emf şarjlı kurşun pil yaklaşık 2V'dir. Pil boşaldıkça katot (PbO2) ve anot (Pb) malzemeleri tüketilir. Sülfürik asit de tüketilir. Bu durumda akü terminallerindeki voltaj düşer. Çalışma koşullarının izin verdiği değerin altına düştüğünde akü tekrar şarj edilir.

Şarj etmek (veya şarj etmek) için, pil harici bir akım kaynağına bağlanır (artıdan artıya ve eksiden eksiye). Bu durumda, akım aküden, akü boşaldığında geçtiği yönün tersi yönde akar. Sonuç olarak, elektrotlar üzerindeki elektrokimyasal işlemler "tersine çevrilir". Kurşun elektrot şimdi bir indirgeme sürecinden geçiyor

PbSO4 + 2e- = Pb + SO4

şunlar. bu elektrot katot olur. PbO2 elektrotunda oksidasyon meydana geliyor

PbSO4 + 2H2O = PbO2 + 4H+ + 2e-

dolayısıyla bu elektrot artık anottur. Çözeltideki iyonlar, pil çalışması sırasında hareket ettikleri yönlere zıt yönlerde hareket eder.

Son iki denklemi ekleyerek, pil şarj edildiğinde meydana gelen reaksiyonun denklemini elde ederiz:

2PbSO4 + 2H2O = Pb + PbO2 + 4H+ + 2SO4

Bu işlemin, pilin çalışması sırasında meydana gelenin tam tersi olduğunu görmek kolaydır: pil şarj edildiğinde, çalışması için gerekli maddeler tekrar içinde elde edilir.

Kurşun piller genellikle bir pil halinde birleştirilir;

ebonit, termoplastik, polipropilenden yapılmış bir monoblok içine yerleştirilmiş,

polistiren, polietilen, asfalt bileşimi, seramikler

veya cam.

Bir pilin en önemli özelliklerinden biri,

hizmet ömrü veya kaynak çalışma süresi (döngü sayısı). bozulma

pil parametreleri ve arızası birincil olarak şunlardan kaynaklanır:

ızgaranın sıra korozyonu ve aktif kütlenin sürünmesi

pozitif elektrot. Pil ömrü belirlenir

öncelikle pozitif plakaların türüne ve koşullarına göre

operasyon.

Kurşun asitli akülerin iyileştirilmesi yolda

ızgaralar için yeni alaşımların (örneğin kurşun-kalsiyum), hafif ve dayanıklı gövde malzemelerinin araştırılması

(örneğin, bir propilen ve etilen kopolimeri bazında), iyileştirmeler

ayırıcı kalitesi

ALKALİN PİLLER

gümüş-çinko.

İyi elektriksel özelliklere sahiptirler, küçük bir kütleye ve hacme sahiptirler. İçlerinde gümüş oksitler Ag2O, AgO (katod) ve süngerimsi çinko (anot) elektrot görevi görür; Elektrolit bir KOH çözeltisidir.

Batarya çalışması sırasında çinko oksitlenerek ZnO ve Zn(OH)2'ye dönüşür ve gümüş oksit metale indirgenir. Batarya boşaldığında meydana gelen toplam reaksiyon, yaklaşık olarak aşağıdaki denklemle ifade edilebilir:

AgO + Zn = Ag + ZnO

emf şarjlı gümüş-çinko pil yaklaşık olarak 1,85 V'a eşittir. Voltaj 1,25 V'a düştüğünde pil şarj olur. Aynı zamanda elektrotlardaki işlemler "tersine çevrilir": çinko indirgenir, gümüş oksitlenir - pilin çalışması için gerekli maddeler tekrar elde edilir.

Kadmiyum-nikel ve demir-nikel.

KN ve ZN birbirine çok benzer. Ana farkları, negatif elektrot plakalarının malzemesindedir; KN pillerde kadmiyum ve ZhN pillerde demirdir. KN piller en yaygın kullanılanlardır.

Alkalin piller esas olarak katmanlı elektrotlarla üretilir. İçlerinde aktif kütleler, delikli düz kutular olan lameller içine alınır. Şarj edilmiş bir pilin pozitif plakalarının aktif kütlesi esas olarak hidratlanmış nikel oksit (N) Ni2O3 x H2O veya NiOOH'dan oluşur. Ayrıca elektriksel iletkenliği artırmak için eklenen grafit içerir. KN akümülatörlerinin negatif plakalarının aktif kütlesi, sünger kadmiyum ile demir tozu karışımından ve indirgenmiş demir tozundan ZhN akümülatörlerinden oluşur. Elektrolit, az miktarda LiOH içeren bir potasyum hidroksit çözeltisidir.

KN pilinin çalışması sırasında meydana gelen işlemleri göz önünde bulundurun. Batarya boşaldığında kadmiyum oksitlenir.

Cd + 2OH- \u003d Cd (OH) 2 + 2e-

Ve NiOOH iyileşiyor:

2NiOOH + 2H2O + 2e- = 2Ni(OH)2 + 2OH-

Bu durumda, elektronlar dış devre boyunca kadmiyum elektrottan nikel elektrota aktarılır. Kadmiyum elektrot anot görevi görür ve negatif yüklüyken, nikel elektrot katot görevi görür ve pozitif yüklüdür.

Çalışması sırasında KN pilinde meydana gelen toplam reaksiyon, son iki elektrokimyasal denklemin eklenmesiyle elde edilecek denklem ile ifade edilebilir:

2NiOOH + 2H2O + Cd = 2NI(OH)2 + CD(OH)2

emf şarjlı bir nikel-kadmiyum pilin yaklaşık 1,4 V'udur. Pil çalışırken (deşarj olurken), terminallerindeki voltaj düşer. 1V altına düştüğünde pil şarj olur.

Pil şarj olurken, elektrotlarındaki elektrokimyasal işlemler "tersine çevrilir". Kadmiyum elektrotta metal indirgenmesi meydana gelir

Cd(OH)2 + 2e- = CD + 2OH-

Nikel üzerinde - nikel hidroksitin (P) oksidasyonu:

2Ni(OH)2 + 2OH- = 2NiOOH + 2H2O + 2e-

Şarj sırasındaki toplam reaksiyon, deşarj sırasında meydana gelen reaksiyonun tam tersidir:

2Ni(OH)2 + Cd(OH)2 = 2NiOOH + 2H2O + Cd

KAPALI NİKEL KADMİYUM PİLLER

Özel bir nikel-kadmiyum pil grubu, sızdırmaz pillerdir. Şarj sonunda açığa çıkan oksijen kadmiyumu okside eder, bu nedenle pildeki basınç yükselmez. Oksijen oluşum hızı düşük olmalıdır, bu nedenle pil nispeten küçük bir akımla şarj edilir.

Mühürlü piller diske bölünmüştür,

silindirik ve dikdörtgen.

Kapalı dikdörtgen nikel-kadmiyum piller

negatif sinterlenmemiş kadmiyum oksit elektrotlarla veya sinterlenmiş kadmiyum elektrotlarla üretilir.

KAPALI AKÜLER

Yaygın olarak kullanılan asit piller,

klasik teknolojiye göre yapılmış, çok fazla soruna neden oluyor

ve insanlar ve ekipman üzerinde zararlı bir etkiye sahiptir. onlar en çok

ucuzdur, ancak bakımları için ek maliyetler gerektirir,

özel tesisler ve personel.

DRYFIT TEKNOLOJİSİ AKÜLER

Asitli akülerin en uygun ve güvenlisi

tamamen bakım gerektirmeyen kapalı akülerdir

Teknoloji tarafından üretilen VRLA (Valf Regülasyonlu Kurşun Asit)

kuru uyum. Bu pillerdeki elektrolit jöle benzeri bir haldedir. Bu, pillerin güvenilirliğini ve çalışma güvenliğini sağlar.

KAYNAKÇA:

1. Deordiev S.S.

Piller ve bakımları.

K.: Tekhnika, 1985. 136 s.

2. Elektroteknik referans kitabı.

3 ciltte V.2. Elektrikli ürünler ve cihazlar/altında

Toplam ed. MPEI profesörleri (baş editör I. N. Orlov) ve diğerleri, 7. baskı. 6 düzeltme ve ek

M.: Energoatomizdat, 1986. 712 s.

3. NL Glinka.

Genel Kimya.

Yayınevi "Kimya" 1977.

4. Bagotsky V.S., Skundin A.M.

Kimyasal akım kaynakları.

M.: Energoizdat, 1981. 360 s.