Diversi tipi di celle elettrochimiche convertono la loro energia chimica in corrente elettrica. Hanno preso il loro nome in onore dello scienziato italiano Galvani, che condusse i primi esperimenti e studi del genere. L'elettricità è generata dall'interazione chimica di due metalli (solitamente zinco e rame) in un elettrolita.
Contenuto
- Principio operativo
- Varietà di elementi
- Ambito di applicazione
Principio operativo
Gli scienziati hanno messo lastre di rame e zinco in contenitori con acido. Erano collegati da un conduttore, sul primo si formarono bolle di gas e il secondo iniziò a dissolversi. Ciò ha dimostrato che una corrente elettrica scorre attraverso il conduttore. Dopo Galvani, Volt ha ripreso gli esperimenti. Ha creato un elemento cilindrico che sembra una colonna verticale. Consisteva di anelli di zinco, rame e panno, precedentemente impregnati di acido. Il primo elemento aveva un'altezza di 50 cm e la tensione generata da esso era avvertita da una persona.
Il principio di funzionamento è che interagiscono due tipi di metallo in un ambiente elettrolitico, a seguito del quale una corrente inizia a fluire attraverso il circuito esterno. Le moderne celle galvaniche e accumulatori sono chiamate batterie. La loro tensione dipende dal metallo utilizzato. Il dispositivo è alloggiato in un cilindro in lamiera morbida. Le griglie con spruzzatura di ossidazione e riduzione fungono da elettrodi.
La conversione dell'energia chimica in elettricità elimina la possibilità di ripristinare le proprietà delle batterie. Infatti, durante il funzionamento dell'elemento, i reagenti vengono consumati, a causa dei quali la corrente diminuisce. L'agente riducente è solitamente un terminale negativo di litio o zinco. Durante il funzionamento perde elettroni. La parte positiva è costituita da sali metallici o ossido di magnesio, fa il lavoro di un agente ossidante.
In condizioni normali, l'elettrolita non fa passare corrente, si decompone in ioni solo quando il circuito è chiuso. Questo è ciò che determina l'aspetto della conduttività. Come elettrolita si utilizzano una soluzione acida, sali di sodio o di potassio.
Varietà di elementi
Le batterie sono utilizzate per alimentare elettrodomestici, dispositivi, attrezzature, giocattoli. Tutte le celle galvaniche secondo lo schema sono suddivise in diversi tipi:
- soluzione salina;
- alcalino;
- litio.
Le più popolari sono le batterie saline a base di zinco e manganese. L'elemento combina affidabilità, qualità e prezzo ragionevole. Ma di recente, i produttori hanno ridotto o fermato completamente la loro produzione, poiché le aziende che producono elettrodomestici stanno gradualmente aumentando i requisiti per loro. I principali vantaggi di questo tipo di batteria galvanica sono:
- parametri universali che ne consentono l'utilizzo in aree diverse;
- funzionamento facile;
- basso costo;
- condizioni di produzione semplici;
- materie prime disponibili e poco costose.
Tra gli svantaggi vi sono una breve durata (non più di due anni), una diminuzione delle proprietà dovuta alle basse temperature, una diminuzione della capacità con l'aumento della corrente e una diminuzione della tensione durante il funzionamento. Quando le batterie saline sono scariche, possono fuoriuscire poiché il volume positivo dell'elettrodo spinge fuori l'elettrolita. La conducibilità è aumentata da grafite e fuliggine; la miscela attiva è costituita da biossido di manganese. La durata dipende direttamente dal volume dell'elettrolita.
I primi elementi alcalini sono comparsi nel secolo scorso. Il ruolo dell'agente ossidante in essi è svolto dal manganese e l'agente riducente è la polvere di zinco. La custodia della batteria è amalgamata per prevenire la corrosione. Ma l'uso del mercurio è stato vietato, quindi sono stati rivestiti con miscele di polvere di zinco con inibitori di ruggine.
Il principio attivo in un dispositivo a cella galvanica è questi sono zinco, indio, piombo e alluminio. La massa attiva comprende fuliggine, manganese e grafite. L'elettrolita è costituito da potassio e sodio. La polvere secca migliora notevolmente le prestazioni della batteria. Con le stesse dimensioni delle specie saline, quelle alcaline hanno una grande capacità. Continuano a funzionare bene anche in caso di forte gelo.
Le celle al litio sono utilizzate per alimentare la tecnologia moderna. Si presentano sotto forma di batterie e accumulatori di diverse dimensioni. I primi contengono un elettrolita solido, mentre altri dispositivi contengono un elettrolita liquido. Questa opzione è adatta per dispositivi che richiedono una tensione stabile e cariche di corrente media. Le batterie al litio possono essere ricaricate più volte, le batterie vengono utilizzate una sola volta, non vengono aperte.
Ambito di applicazione
Per la produzione di celle elettrochimiche vengono proposti numerosi requisiti. La custodia della batteria deve essere affidabile e sigillata. L'elettrolita non deve fuoriuscire e le sostanze estranee non devono entrare nel dispositivo. In alcuni casi, quando il liquido fuoriesce, si accende. Un elemento danneggiato non può essere utilizzato. Le dimensioni di tutte le batterie sono praticamente le stesse, differiscono solo le dimensioni delle batterie. Gli elementi possono essere di diverse forme: cilindrici, prismatici o a disco.
Tutti i tipi di dispositivi hanno vantaggi comuni: sono compatti e leggeri, adattati a diversi intervalli di temperatura di esercizio, hanno una grande capacità e funzionano stabilmente in diversi condizioni. Ci sono anche alcuni svantaggi, ma si applicano a determinati tipi di elementi. Quelli al sale non durano a lungo, quelli al litio sono disposti in modo tale da potersi incendiare quando si depressurizza.
Le applicazioni per le batterie sono numerose:
- tecnologia digitale;
- Giocattoli per bambini;
- dispositivi medici;
- industria della difesa e dell'aviazione;
- produzione spaziale.
Le celle elettrochimiche sono facili da usare e convenienti. Ma alcune specie devono essere maneggiate con cura e non utilizzate se danneggiate. Prima di acquistare le batterie, è necessario studiare attentamente le istruzioni del dispositivo che alimenteranno.
