Химические источники тока

Химические источники тока, устройства, вырабатывающие электрическую энергию за счёт прямого преобразования химической энергии окислительно-восстановительных реакций. Первые химические источники тока созданы в 19 в. (Вольтов столб, 1800; элемент Даниела — Якоби, 1836; Лекланше элемент, 1865, и др.). До 60-х гг. 19 в. химические источники тока были единственными источниками электроэнергии для питания электрических приборов и для лабораторных исследований. Основу химических источников тока составляют два электрода (один — содержащий окислитель, другой — восстановитель), контактирующие с электролитом. Между электродами устанавливается разность потенциалов — электродвижущая сила (эдс), соответствующая свободной энергии окислительно-восстановительной реакции. Действие химических источников тока основано на протекании при замкнутой внешней цепи пространственно разделённых процессов: на отрицательном электроде восстановитель окисляется, образующиеся свободные электроны переходят по внешней цепи (создавая разрядный ток) к положительному электроду, где участвуют в реакции восстановления окислителя.

  В зависимости от эксплуатационных особенностей и от электрохимической системы (совокупности реагентов и электролита) химические источники тока делятся на гальванические элементы (обычно называются просто элементами), которые, как правило, после израсходования реагентов (после разрядки) становятся неработоспособными, и аккумуляторы, в которых реагенты регенерируются при зарядке — пропускании тока от внешнего источника (см. Зарядное устройство). Такое деление условно, т.к. некоторые элементы могут быть частично заряжены. К важным и перспективным химическим источникам тока относятся топливные элементы (электрохимические генераторы), способные длительно непрерывно работать за счёт постоянного подвода к электродам новых порций реагентов и отвода продуктов реакции. Конструкция резервных химических источников тока позволяет сохранять их в неактивном состоянии 10—15 лет (см. также Источники тока).

  С начала 20 в. производство химических источников тока непрерывно расширяется в связи с развитием автомобильного транспорта, электротехники, растущим использованием радиоэлектронной и др. аппаратуры с автономным питанием. Промышленность выпускает химические источники тока, в которых преимущественно используются окислители PbO2, NiOOH, MnO2 и др., восстановителями служат Pb, Cd. Zn и др. металлы, а электролитами — водные растворы щелочей, кислот или солей (см., например, Свинцовый аккумулятор).

  Основные характеристики ряда химических источников тока приведены в табл. Лучшие характеристики имеют разрабатываемые химические источники тока на основе более активных электрохимических систем. Так, в неводных электролитах (органических растворителях, расплавах солей или твёрдых соединениях с ионной проводимостью) в качестве восстановителей можно применять щелочные металлы (см. также Расплавные источники тока). Топливные элементы позволяют использовать энергоёмкие жидкие или газообразные реагенты.

 

  Лит.: Дасоян М. А., Химические источники тока, 2 изд., Л., 1969: Романов В. В., Хашев Ю. М., Химические источники тока, М., 1968; Орлов В. А., Малогабаритные источники тока, 2 изд., М., 1970; Вайнел Д. В., Аккумуляторные батареи, пер. с англ., 4 изд., М. — Л., 1960; The Primary Battery, ed. G. W. Heise, N. C. Cahoon, v. 1, N. Y. — L., 1971.

  В. С. Багоцкий.

 

Характеристики химических источников тока

Тип источника тока

Состоя-

ние разра-

ботки*

Электрохи-

мическая
 система

Разряд-
ное напря-
жение, в

Удельная энергия, вт·ч/кг

Удельная мощность, вт/кг

Другие показатели

Номи-

нальная

Макси-

мальная

 

Гальванические элементы

Сохранность, годы

Марганцевые солевые

А

(+) MnO2  |  NH4Cl, ZnCl2

| Zn(-)

1,5-1,0

20-60

2-5

20

1-3

Марганцевые щелочные

А

(+)MnO2| KOH

| Nn(-)

1,5-1,1

60-90

5

20

1-3

Ртутно-цинковые

А

(+)HgO | KOH

 |  Zn

1,3-1,1

110-120

2-5

10

3-5

Литиевые неводные

Б

(+) (C) | SOCl2,

LiAlCl4 | Li(-)

3,2-2,6

300-450

10-20

50

1-5

Аккумуляторы

Срок службы, циклы

Свинцовые кислотные

А

(+)PbO2 |

H2SO4 | Pb(-)   

2,0-1,8

25-40

4

100

300

Кадмиево- и железо-никелевые щелочные

А

(+)NiOOH |

KOH | Cd,

Fe(-)

1,3-1,0

25-35

4

100

2000

Серебряно-цинковые

А

(+)Ag2O AgO |

KOH | Zn(-)

1,7-1,4

100-120

10-30

600

100

Никель-цинковые

Б

(+)NiOOH |

KOH | Zn(-)

1,6-1,4

60

5-10

200

100-300

Никель-водородные

Б

(+)NiOOH | KOH |

H2(Ni) (-)

1,3-1,1

60

10

40

1000

Цинк-воздушные

В

(+)O2(C) |

KOH | Zn(-)

1,2-1,0

100

5

20

(100)

Серно-натриевые

В

(+)SnaO

9Al2O3| Na(-)

2,0-1,8

200

50

200

(1000)

Топливные элементы

Ресурс работы, ч

Водородно-кислородные

Б

(+)O2(C,Ag) |

KOH |

H2(Ni)(-)

0,9-0,8

30-60

1000-5000

Гидразино-кислородные

Б

(+)O2(C,Ag) |

KOH | N2H4(Ni)(-)

0,9-0,8

30-60

1000-2000

* A — серийное производство, Б — опытное производство, В — в стадии разработки (характеристики ожидаемые).

  Примечание. Характеристики (особенно удельная мощность) ориентировочные, так как данные разных фирм и разных авторов не совпадают.


Плохо отображается? Напишите ниже или на почту