סוגי תאים גלווניים: תכנון והפעלה של סוללות ומצברים מלח, אלקליין וליתיום

סוגים שונים של תאים אלקטרוכימיים ממירים את האנרגיה הכימית שלהם לזרם חשמלי. הם קיבלו את שמם לכבוד המדען האיטלקי Galvani, שערך את הניסויים והמחקרים הראשונים מסוג זה. חשמל נוצר על ידי אינטראקציה כימית של שתי מתכות (בדרך כלל אבץ ונחושת) באלקטרוליט.

עקרון הפעולה

מדענים הניחו לוחות נחושת ואבץ במיכלים עם חומצה. הם היו מחוברים על ידי מוליך, בועות גז נוצרו על הראשון, והשני התחיל להתמוסס. זה הוכיח שזרם חשמלי זורם דרך המוליך. אחרי Galvani, וולט לקח את הניסויים. הוא יצר אלמנט גלילי שנראה כמו עמוד אנכי. הוא היה מורכב מטבעות אבץ, נחושת ובד, שהוספגו בעבר בחומצה. האלמנט הראשון היה בגובה של 50 ס"מ, והמתח שנוצר ממנו הורגש על ידי אדם.

עקרון הפעולה הוא ששני סוגי מתכת בסביבה אלקטרוליטית מתקשרים, וכתוצאה מכך מתחיל לזרום זרם דרך המעגל החיצוני. תאים ומצברים גלווניים מודרניים נקראים סוללות. המתח שלהם תלוי במתכת המשמשת. המכשיר נמצא בתוך גליל מתכת רך. רשתות עם ריסוס חמצון והפחתה פועלות כאלקטרודות.

המרת האנרגיה הכימית לחשמל מבטלת את האפשרות לשחזר את תכונות הסוללות. ואכן, במהלך פעולת האלמנט, הריאגנטים נצרכים, עקב כך יורד הזרם. הגורם המפחית הוא בדרך כלל מסוף שלילי מליתיום או אבץ. במהלך הפעולה, הוא מאבד אלקטרונים. החלק החיובי עשוי ממלחי מתכת או תחמוצת מגנזיום, הוא עושה את העבודה של חומר מחמצן.

בתנאים רגילים, האלקטרוליט אינו מעביר זרם; הוא מתפרק ליונים רק כאשר המעגל סגור. זה מה שקובע את מראה המוליכות. תמיסת חומצה, מלחי נתרן או אשלגן משמשים כאלקטרוליט.

מגוון אלמנטים

סוללות משמשות להפעלת מכשירי חשמל, מכשירים, ציוד, צעצועים. כל התאים הגלווניים על פי הסכימה מחולקים למספר סוגים:

• מִלְחִית;
• בְּסִיסִי;
• לִיתִיוּם.

הפופולריות ביותר הן סוללות מלוחות העשויות אבץ ומנגן. האלמנט משלב אמינות, איכות ומחיר סביר. אבל לאחרונה, יצרנים מפחיתים או מפסיקים לחלוטין את הייצור שלהם, מכיוון שהחברות המייצרות מכשירי חשמל ביתיים מגדילות בהדרגה את הדרישות עבורם. היתרונות העיקריים של סוג זה של מצבר גלווני הם:

• פרמטרים אוניברסליים המאפשרים להשתמש בהם בתחומים שונים;
• ניתוח קל;
• זול;
• תנאי ייצור פשוטים;
• חומרי גלם זמינים ולא יקרים.

בין החסרונות ניתן למנות חיי שירות קצרים (לא יותר משנתיים), ירידה במאפיינים עקב טמפרטורות נמוכות, ירידה בקיבולת עם הגדלת הזרם וירידה במתח במהלך הפעולה. כאשר סוללות מלוחים מתרוקנות, הן עלולות לדלוף כאשר הנפח החיובי של האלקטרודה דוחף את האלקטרוליט החוצה. מוליכות מוגברת על ידי גרפיט ופיח; התערובת הפעילה מורכבת ממנגן דו חמצני. חיי השירות תלויים ישירות בנפח האלקטרוליט.

היסודות האלקליים הראשונים הופיעו במאה הקודמת. את תפקידו של חומר החמצון בהם ממלא מנגן, והחומר המפחית הוא אבקת אבץ. מארז הסוללה מאוחד למניעת קורוזיה. אבל השימוש בכספית נאסר, ולכן הם צופו בתערובות של אבקת אבץ עם מעכבי חלודה.

החומר הפעיל במכשיר תא גלווני הוא אלה הם אבץ, אינדיום, עופרת ואלומיניום. המסה הפעילה כוללת פיח, מנגן וגרפיט. האלקטרוליט עשוי מאשלגן ונתרן. האבקה היבשה משפרת מאוד את ביצועי הסוללה. עם אותם ממדים כמו במיני מלח, לאלקליים יש קיבולת גדולה. הם ממשיכים לעבוד היטב גם בכפור חמור.

תאי ליתיום משמשים להפעלת טכנולוגיה מודרנית. הם מגיעים בצורה של סוללות ומצברים בגדלים שונים. הראשונים מכילים אלקטרוליט מוצק, בעוד שמכשירים אחרים מכילים אלקטרוליט נוזלי. אפשרות זו מתאימה למכשירים הדורשים מתח יציב וטעינות זרם בינוני. ניתן לטעון סוללות ליתיום מספר פעמים, נעשה שימוש בסוללות פעם אחת בלבד, הן אינן נפתחות.

היקף היישום

מוצעות מספר דרישות לייצור תאים אלקטרוכימיים. מארז הסוללה חייב להיות אמין ואטום. אסור שהאלקטרוליט ידלוף החוצה, ואסור לאפשר לחומרים זרים להיכנס למכשיר. במקרים מסוימים, כאשר נוזל זורם החוצה, הוא נדלק. לא ניתן להשתמש באלמנט פגום. המידות של כל הסוללות כמעט זהות, רק מידות הסוללות שונות. אלמנטים יכולים להיות בצורות שונות: גלילי, פריזמטי או דיסק.

לכל סוגי המכשירים יתרונות משותפים: הם קומפקטיים וקלי משקל, מותאמים לטווחים שונים של טמפרטורת הפעלה, בעלי קיבולת גדולה ועבודה יציבה במגוון תנאים. יש גם כמה חסרונות, אבל הם חלים על סוגים מסוימים של אלמנטים. מלח לא מחזיקים מעמד זמן רב, ליתיום מסודרים בצורה כזו שהם יכולים להתלקח בעת הורדת לחץ.

היישומים עבור סוללות הם רבים:

• טכנולוגיה דיגיטלית;
• צעצועי ילדים;
• מכשירים רפואיים;
• תעשייה ביטחונית ותעופה;
• ייצור חלל.

תאים אלקטרוכימיים קלים לשימוש ובמחיר סביר. אבל כמה מינים צריכים להיות מטופלים בזהירות ולא להשתמש אם הם פגומים. לפני רכישת סוללות, אתה צריך ללמוד היטב את ההוראות של המכשיר שהם יפעילו.