Rodzaje ogniw galwanicznych: budowa i działanie baterii i akumulatorów solnych, alkalicznych i litowych

Różne typy ogniw elektrochemicznych przekształcają energię chemiczną w prąd elektryczny. Otrzymali swoją nazwę na cześć włoskiego naukowca Galvani, który przeprowadził pierwsze takie eksperymenty i badania. Energia elektryczna jest wytwarzana w wyniku chemicznego oddziaływania dwóch metali (zwykle cynku i miedzi) w elektrolicie.

Zasada działania

Naukowcy umieścili płyty miedziane i cynkowe w pojemnikach z kwasem. Połączono je przewodem, na pierwszym utworzyły się pęcherzyki gazu, a na drugim zaczęły się rozpuszczać. To udowodniło, że przez przewodnik przepływa prąd elektryczny. Po Galvani Volt zajął się eksperymentami. Stworzył cylindryczny element, który wygląda jak pionowa kolumna. Składał się z pierścieni cynkowych, miedzianych i płóciennych, uprzednio impregnowanych kwasem. Pierwszy element miał wysokość 50 cm, a generowane przez niego napięcie było odczuwalne przez człowieka.

Zasada działania polega na interakcji dwóch rodzajów metalu w środowisku elektrolitycznym, w wyniku czego prąd zaczyna płynąć przez obwód zewnętrzny. Nowoczesne ogniwa i akumulatory galwaniczne nazywane są bateriami. Ich napięcie zależy od użytego metalu. Urządzenie jest umieszczone w cylindrze z miękkiej blachy. Siatki z natryskiem oksydacyjnym i redukcyjnym działają jak elektrody.

Zamiana energii chemicznej na energię elektryczną eliminuje możliwość przywrócenia właściwości baterii. Rzeczywiście, podczas działania elementu odczynniki są zużywane, dzięki czemu prąd maleje. Środek redukujący jest zwykle ujemnym biegunem od litu lub cynku. Podczas pracy traci elektrony. Część dodatnia wykonana jest z soli metali lub tlenku magnezu, działa jako środek utleniający.

W normalnych warunkach elektrolit nie przepuszcza prądu, rozkłada się na jony tylko wtedy, gdy obwód jest zamknięty. To właśnie decyduje o wyglądzie przewodnictwa. Jako elektrolit stosuje się roztwór kwasu, sole sodowe lub potasowe.

Odmiany elementów

Baterie służą do zasilania urządzeń, urządzeń, sprzętu, zabawek. Wszystkie ogniwa galwaniczne według schematu są podzielone na kilka typów:

• solankowy;
• alkaliczny;
• lit.

Najbardziej popularne są baterie solankowe wykonane z cynku i manganu. Element łączy w sobie niezawodność, jakość i rozsądną cenę. Ale ostatnio producenci zmniejszają lub całkowicie wstrzymują produkcję, ponieważ firmy produkujące sprzęt AGD stopniowo zwiększają dla nich wymagania. Główne zalety tego typu baterii galwanicznych to:

• uniwersalne parametry, które pozwalają na ich zastosowanie w różnych obszarach;
• łatwa operacja;
• niska cena;
• proste warunki produkcji;
• dostępne i niedrogie surowce.

Wadami są krótka żywotność (nie więcej niż dwa lata), spadek właściwości z powodu niskich temperatur, spadek pojemności wraz ze wzrostem prądu i spadek napięcia podczas pracy. Gdy baterie solankowe są rozładowane, mogą wyciekać, ponieważ dodatnia objętość elektrody wypycha elektrolit. Przewodność zwiększają grafit i sadza, aktywna mieszanina składa się z dwutlenku manganu. Żywotność zależy bezpośrednio od objętości elektrolitu.

Pierwsze pierwiastki alkaliczne pojawiły się w ubiegłym wieku. Rolę środka utleniającego w nich odgrywa mangan, a środkiem redukującym jest proszek cynkowy. Obudowa baterii jest połączona, aby zapobiec korozji. Jednak użycie rtęci zostało zakazane, więc pokryto je mieszaniną proszku cynkowego z inhibitorami rdzy.

Substancją czynną w urządzeniu z ogniwem galwanicznym jest są to cynk, ind, ołów i aluminium. Masa aktywna zawiera sadzę, mangan i grafit. Elektrolit składa się z potasu i sodu. Suchy proszek znacznie poprawia wydajność akumulatora. Przy takich samych wymiarach jak w gatunkach soli, alkaliczne mają dużą pojemność. Działają dobrze nawet przy silnych mrozach.

Ogniwa litowe są wykorzystywane do zasilania nowoczesnych technologii. Występują w postaci baterii i akumulatorów o różnych rozmiarach. Te pierwsze zawierają elektrolit stały, podczas gdy inne urządzenia zawierają elektrolit ciekły. Ta opcja jest odpowiednia dla urządzeń, które wymagają ładowania stabilnego napięcia i średniego prądu. Baterie litowe można ładować wielokrotnie, baterie są używane tylko raz, nie są otwierane.

Szereg zastosowań

Przy produkcji ogniw elektrochemicznych stawia się szereg wymagań. Obudowa baterii musi być niezawodna i szczelna. Elektrolit nie może wyciekać, a obce substancje nie mogą dostać się do urządzenia. W niektórych przypadkach, gdy ciecz wypływa, zapala się. Nie można użyć uszkodzonego elementu. Wymiary wszystkich akumulatorów są praktycznie takie same, różnią się tylko wymiary akumulatorów. Elementy mogą mieć różne kształty: cylindryczne, pryzmatyczne lub tarczowe.

Wszystkie typy urządzeń mają wspólne zalety: są kompaktowe i lekkie, przystosowane do różnych zakresów temperatur pracy, mają dużą pojemność i stabilnie pracują w różnych warunki. Są też pewne wady, ale dotyczą one niektórych typów elementów. Solne nie trwają długo, litowe są zaprojektowane w taki sposób, że mogą się zapalić podczas rozprężania.

Zastosowania baterii są liczne:

• technologia cyfrowa;
• Zabawki dla dzieci;
• urządzenia medyczne;
• przemysł obronny i lotniczy;
• produkcja kosmiczna.

Ogniwa elektrochemiczne są łatwe w użyciu i niedrogie. Ale z niektórymi gatunkami należy obchodzić się ostrożnie i nie używać, jeśli są uszkodzone. Przed zakupem baterii musisz dokładnie zapoznać się z instrukcjami urządzenia, które będą zasilać.