Arten von galvanischen Zellen: Aufbau und Betrieb von Salz-, Alkali- und Lithiumbatterien und -akkumulatoren

Verschiedene Arten von elektrochemischen Zellen wandeln ihre chemische Energie in elektrischen Strom um. Ihren Namen erhielten sie zu Ehren des italienischen Wissenschaftlers Galvani, der die ersten Experimente und Studien dieser Art durchführte. Elektrizität wird durch die chemische Wechselwirkung zweier Metalle (normalerweise Zink und Kupfer) in einem Elektrolyten erzeugt.

Funktionsprinzip

Wissenschaftler legten Kupfer- und Zinkplatten in Behälter mit Säure. Sie waren durch einen Leiter verbunden, auf dem ersten bildeten sich Gasblasen, und der zweite begann sich aufzulösen. Damit wurde bewiesen, dass durch den Leiter ein elektrischer Strom fließt. Nach Galvani nahm Volt die Experimente auf. Er schuf ein zylindrisches Element, das wie eine vertikale Säule aussieht. Es bestand aus Zink-, Kupfer- und Stoffringen, die zuvor mit Säure imprägniert waren. Das erste Element hatte eine Höhe von 50 cm und die dadurch erzeugte Spannung wurde von einer Person gespürt.

Das Funktionsprinzip besteht darin, dass zwei Metallarten in einer elektrolytischen Umgebung zusammenwirken, wodurch ein Strom durch den externen Stromkreis zu fließen beginnt. Moderne galvanische Zellen und Akkumulatoren werden Batterien genannt. Ihre Spannung hängt vom verwendeten Metall ab. Das Gerät ist in einem Weichblechzylinder untergebracht. Als Elektroden dienen Gitter mit Oxidations- und Reduktionsspritzung.

Durch die Umwandlung von chemischer Energie in Elektrizität entfällt die Möglichkeit, die Eigenschaften von Batterien wiederherzustellen. Tatsächlich werden während des Betriebs des Elements die Reagenzien verbraucht, wodurch der Strom abnimmt. Das Reduktionsmittel ist normalerweise ein Minuspol aus Lithium oder Zink. Während des Betriebs verliert es Elektronen. Der positive Teil besteht aus Metallsalzen oder Magnesiumoxid, er übernimmt die Arbeit eines Oxidationsmittels.

Unter normalen Bedingungen leitet der Elektrolyt keinen Strom, er zerfällt erst beim Schließen des Stromkreises in Ionen. Dies bestimmt das Erscheinungsbild der Leitfähigkeit. Als Elektrolyt wird eine saure Lösung, Natrium- oder Kaliumsalze verwendet.

Sorten von Elementen

Batterien werden verwendet, um Geräte, Geräte, Ausrüstung und Spielzeug mit Strom zu versorgen. Alle galvanischen Zellen nach dem Schema sind in mehrere Typen unterteilt:

• Kochsalzlösung;
• alkalisch;
• Lithium.

Am beliebtesten sind Salzbatterien aus Zink und Mangan. Das Element kombiniert Zuverlässigkeit, Qualität und angemessenen Preis. In letzter Zeit haben Hersteller ihre Produktion jedoch reduziert oder ganz eingestellt, da die Hersteller von Haushaltsgeräten die Anforderungen an sie nach und nach erhöhen. Die Hauptvorteile dieser Art von galvanischer Batterie sind:

• universelle Parameter, die ihre Verwendung in verschiedenen Bereichen ermöglichen;
• einfache Operation;
• kostengünstig;
• einfache Produktionsbedingungen;
• verfügbare und kostengünstige Rohstoffe.

Zu den Nachteilen zählen eine kurze Lebensdauer (nicht mehr als zwei Jahre), eine Abnahme der Eigenschaften durch niedrige Temperaturen, eine Abnahme der Kapazität mit zunehmendem Strom und eine Abnahme der Spannung im Betrieb. Wenn Salzbatterien entladen werden, können sie auslaufen, da das positive Volumen der Elektrode den Elektrolyten herausdrückt. Graphit und Ruß erhöhen die Leitfähigkeit, die Aktivmischung besteht aus Mangandioxid. Die Lebensdauer hängt direkt von der Elektrolytmenge ab.

Die ersten alkalischen Elemente erschienen im letzten Jahrhundert. Die Rolle des Oxidationsmittels spielt in ihnen Mangan und das Reduktionsmittel ist Zinkpulver. Das Batteriegehäuse ist verschmolzen, um Korrosion zu verhindern. Aber die Verwendung von Quecksilber wurde verboten, daher wurden sie mit Mischungen aus Zinkpulver mit Rostschutzmitteln beschichtet.

Der Wirkstoff in einer galvanischen Zelle ist das sind Zink, Indium, Blei und Aluminium. Die aktive Masse umfasst Ruß, Mangan und Graphit. Der Elektrolyt besteht aus Kalium und Natrium. Das Trockenpulver verbessert die Leistung der Batterie erheblich. Bei den gleichen Abmessungen wie bei Salzarten haben alkalische eine große Kapazität. Sie funktionieren auch bei starkem Frost weiterhin gut.

Lithium-Zellen werden verwendet, um moderne Technologie anzutreiben. Es gibt sie in Form von Batterien und Akkus unterschiedlicher Größe. Erstere enthalten einen festen Elektrolyten, während andere Geräte einen flüssigen Elektrolyten enthalten. Diese Option eignet sich für Geräte, die eine stabile Spannung und mittlere Stromladungen benötigen. Lithium-Akkus können mehrmals aufgeladen werden, Batterien werden nur einmal verwendet, sie werden nicht geöffnet.

Geltungsbereich

An die Herstellung elektrochemischer Zellen werden eine Reihe von Anforderungen gestellt. Das Batteriefach muss zuverlässig und dicht sein. Der Elektrolyt darf nicht auslaufen und es dürfen keine Fremdstoffe in das Gerät eindringen. In einigen Fällen leuchtet sie auf, wenn Flüssigkeit austritt. Ein beschädigtes Element kann nicht verwendet werden. Die Abmessungen aller Batterien sind praktisch gleich, lediglich die Abmessungen der Batterien unterscheiden sich. Elemente können verschiedene Formen haben: zylindrisch, prismatisch oder scheibenförmig.

Alle Gerätetypen haben gemeinsame Vorteile: Sie sind kompakt und leicht, angepasst an verschiedene Betriebstemperaturbereiche, haben eine große Kapazität und arbeiten stabil in verschiedenen Bedingungen. Es gibt auch einige Nachteile, die jedoch für bestimmte Arten von Elementen gelten. Salzige halten nicht lange, Lithium sind so konstruiert, dass sie sich beim Druckentlasten entzünden können.

Die Anwendungen für Batterien sind zahlreich:

• Digitale Technologie;
• Kinderspielzeug;
• medizinische Geräte;
• Verteidigungs- und Luftfahrtindustrie;
• Weltraumproduktion.

Elektrochemische Zellen sind einfach zu bedienen und kostengünstig. Einige Arten müssen jedoch vorsichtig behandelt und nicht verwendet werden, wenn sie beschädigt sind. Bevor Sie Batterien kaufen, müssen Sie die Anweisungen des Geräts, das sie mit Strom versorgen, sorgfältig lesen.