Aby sporządzić schemat ogniwa galwanicznego, konieczne jest zrozumienie zasady jego działania, cech strukturalnych.
Konsumenci rzadko zwracają uwagę na akumulatory i baterie, podczas gdy te źródła prądu cieszą się największym zainteresowaniem.
Co to jest ogniwo galwaniczne? Jego obwód oparty jest na elektrolicie. Urządzenie zawiera mały pojemnik, w którym znajduje się elektrolit zaadsorbowany przez materiał separatora. Dodatkowo schemat dwóch ogniw galwanicznych zakłada obecność.Jak nazywa się takie ogniwo galwaniczne? Schemat łączący ze sobą dwa metale sugeruje obecność reakcji redoks.
Oznacza to obecność dwóch płytek lub prętów wykonanych z różnych metali, które są zanurzone w silnym roztworze elektrolitu. Podczas pracy tego ogniwa galwanicznego na anodzie zachodzi proces utleniania, związany ze zwrotem elektronów.
Na katodzie - redukcja, której towarzyszy akceptacja cząstek ujemnych. Następuje przeniesienie elektronów wzdłuż obwodu zewnętrznego do utleniacza ze środka redukującego.
Aby komponować elektroniczne obwody ogniw galwanicznych konieczna jest znajomość wartości ich standardowego potencjału elektrodowego. Przeanalizujmy wariant miedziowo-cynkowego ogniwa galwanicznego działającego w oparciu o energię uwalnianą podczas oddziaływania siarczanu miedzi z cynkiem.
To ogniwo galwaniczne, którego schemat zostanie podany poniżej, nazywa się ogniwem Jacobiego-Daniela. Obejmuje to, co jest zanurzone w roztworze siarczanu miedzi (elektroda miedziana), a także składa się z płytki cynkowej w roztworze jej siarczanu (elektroda cynkowa). Roztwory stykają się ze sobą, ale aby zapobiec ich mieszaniu, w elemencie zastosowano przegrodę wykonaną z porowatego materiału.
Jak działa ogniwo galwaniczne, którego obwód to Zn ½ ZnSO4 ½ ½ CuSO4 ½ Cu? Podczas jego pracy, gdy obwód elektryczny jest zamknięty, zachodzi proces utleniania metalicznego cynku.
Na jej powierzchni kontaktu z roztworem soli obserwuje się przemianę atomów w kationy Zn2+. Procesowi towarzyszy uwalnianie „wolnych” elektronów, które poruszają się po obwodzie zewnętrznym.
Reakcję zachodzącą na elektrodzie cynkowej można przedstawić następująco:
Redukcję kationów metali przeprowadza się na elektrodzie miedzianej. Cząsteczki ujemne, które dostają się tutaj z elektrody cynkowej, łączą się z kationami miedzi, osadzając je w postaci metalu. Proces ten wygląda następująco:
Jeśli dodamy do siebie dwie reakcje omówione powyżej, otrzymamy sumaryczne równanie opisujące działanie cynkowo-miedzianego ogniwa galwanicznego.
Anoda to elektroda cynkowa, katoda to miedź. Nowoczesne ogniwa i baterie galwaniczne wymagają stosowania jednego roztworu elektrolitu, co poszerza zakres ich zastosowania, czyni ich obsługę wygodniejszą i wygodniejszą.
Najczęściej spotykane są pierwiastki węglowo-cynkowe. Wykorzystują pasywny węglowy kolektor prądu w kontakcie z anodą, którą jest tlenek manganu (4). Elektrolitem jest chlorek amonu stosowany w postaci pasty.
Nie rozprzestrzenia się, więc samo ogniwo galwaniczne nazywa się suchym. Jego cechą jest zdolność do „regeneracji” podczas pracy, co pozytywnie wpływa na długość okresu ich eksploatacji. Takie ogniwa galwaniczne mają niski koszt, ale małą moc. Gdy temperatura spada, zmniejszają swoją wydajność, a gdy wzrasta, elektrolit stopniowo wysycha.
Elementy alkaliczne wymagają użycia roztworu alkalicznego, więc mają całkiem sporo zastosowań.
W ogniwach litowych aktywny metal działa jak anoda, co pozytywnie wpływa na żywotność. Lit ma ujemny dlatego przy małych wymiarach takie elementy mają maksymalne napięcie znamionowe. Wśród wad takich systemów jest wysoka cena. Otwarcie litowych źródeł prądu jest wybuchowe.
Zasada działania każdego ogniwa galwanicznego opiera się na procesach redoks zachodzących na katodzie i anodzie. W zależności od użytego metalu, wybranego roztworu elektrolitu zmienia się żywotność elementu, a także wartość napięcia znamionowego. Obecnie istnieje zapotrzebowanie na ogniwa galwaniczne litowe, kadmowe o odpowiednio długiej żywotności.
Ogniwo galwaniczne- jest to źródło prądu chemicznego, w którym energia uwalniana podczas reakcji redoks na elektrodach jest bezpośrednio zamieniana na energię elektryczną .
Ryż. 9.2. Schemat ogniwa galwanicznego autorstwa Daniela - Jacobiego
Tutaj I to szklanka zawierająca roztwór ZnSO 4 w wodzie z zanurzoną w niej płytką cynkową; II - szklanka zawierająca roztwór CuSO 4 w wodzie z zanurzoną w niej miedzianą płytką; III - mostek solny (klucz elektrolityczny), który zapewnia ruch kationów i anionów między roztworami; IV - woltomierz (potrzebny do pomiaru pola elektromagnetycznego, ale nie wchodzi w skład ogniwa galwanicznego).
Standardowy potencjał elektrody cynkowej. Standardowy potencjał elektrody miedzianej. Ponieważ wtedy atomy cynku ulegną utlenieniu:
Nazywa się elektrodę, na której zachodzi reakcja redukcji lub która przyjmuje kationy z elektrolitu katoda.
Poprzez klucz elektrolityczny następuje ruch jonów w roztworze: anionów SO 4 2- do anody, kationów Zn 2+ do katody. Ruch jonów w roztworze zamyka się obwód elektryczny element galwaniczny.
Reakcje (a) i (b) nazywane są reakcjami elektrodowymi.
Dodając równania procesów zachodzących na elektrodach, otrzymujemy całkowite równanie reakcji redoks zachodzącej w ogniwie galwanicznym:
W ogólnym przypadku ogólne równanie reakcji redoks zachodzącej w dowolnym ogniwie galwanicznym można przedstawić jako:
Obwód ogniwa galwanicznego Daniela-Jacobiego ma postać:
zn | ZnSO4 || CuSO4 | Cu
Nazywa się maksymalną różnicę potencjałów elektrod, jaką można uzyskać podczas działania ogniwa galwanicznego siła elektromotoryczna element (emf). mi. Oblicza się go według wzoru;
Gdzie N- liczba elektronów w elementarnym akcie redoks, F jest liczbą Faradaya.
Wielkość zmiany potencjału izobaryczno-izotermicznego reakcji tworzącej prąd w standardowych warunkach? G 0 jest związane ze stałą równowagi tej reakcji DO jest równy stosunkowi
| (9.6) |
Ogniwa galwaniczne są pierwotnymi (jednorazowego użytku) chemicznymi źródłami prądu (CSS). Wtórnym (wielokrotnego użytku) HITem są baterie. Procesy zachodzące podczas rozładowywania i ładowania akumulatorów są wzajemnie odwrotne.
Nazywa się ogniwa galwaniczne, w których elektrody są wykonane z tego samego metalu i zanurzone w roztworach ich soli o różnych stężeniach stężenie. Funkcję anody w takich elementach pełni metal zanurzony w roztworze soli o niższym stężeniu, np.:
Przykład 1 Sporządź schemat ogniwa galwanicznego na podstawie reakcji: Mg + ZnSO 4 = MgSO 4 + Zn. Jaka jest katoda i anoda w tym elemencie? Napisz równania procesów zachodzących na tych elektrodach. Oblicz SEM elementu w warunkach normalnych. Oblicz stałą równowagi dla reakcji tworzącej prąd.
Źródła energii elektrycznej małej mocy
Do zasilania przenośnych urządzeń elektrycznych i radiowych stosuje się ogniwa i baterie galwaniczne.
Ogniwa galwaniczne są źródłami jednorazowymi akumulatory- źródła akcji wielokrotnego użytku.
Najprostszy element galwaniczny
Najprostszy element można wykonać z dwóch listew: miedzianej i cynkowej, zanurzonych w wodzie lekko zakwaszonej kwasem siarkowym. Jeśli cynk jest wystarczająco czysty, aby być wolnym od lokalnych reakcji, nie nastąpią żadne zauważalne zmiany, dopóki miedź i cynk nie zostaną ze sobą połączone.
Jednak paski mają różne potencjały jeden względem drugiego, a kiedy są połączone przewodem, pojawi się. W miarę postępu tej czynności pasek cynku będzie się stopniowo rozpuszczał, aw pobliżu elektrody miedzianej powstaną pęcherzyki gazu, które zbierają się na jej powierzchni. Tym gazem jest wodór, który powstaje z elektrolitu. Prąd elektryczny płynie z taśmy miedzianej przez drut do taśmy cynkowej, a z niej przez elektrolit z powrotem do miedzi.
Stopniowo kwas siarkowy elektrolitu jest zastępowany siarczanem cynku, który powstaje z rozpuszczonej części elektrody cynkowej. Z tego powodu zmniejsza się napięcie elementu. Jednak jeszcze większy spadek napięcia jest spowodowany tworzeniem się pęcherzyków gazu na miedzi. Oba te działania powodują „polaryzację”. Takie elementy nie mają prawie żadnej wartości praktycznej.
Ważne parametry ogniw galwanicznych
Wielkość napięcia podawanego przez ogniwa galwaniczne zależy tylko od ich typu i urządzenia, czyli od materiału elektrod i składu chemicznego elektrolitu, ale nie zależy od kształtu i wielkości ogniw.
Ilość prądu, jaką może dostarczyć ogniwo galwaniczne, jest ograniczona jego rezystancją wewnętrzną.
Bardzo ważna cecha ogniwo galwaniczne jest. Przez pojemność elektryczną rozumie się ilość energii elektrycznej, jaką ogniwo galwaniczne lub akumulatorowe jest w stanie oddać w ciągu całego czasu swojej pracy, czyli do momentu ostatecznego rozładowania.
Pojemność dana przez element jest określana przez pomnożenie prądu rozładowania wyrażonego w amperach przez czas w godzinach, w którym element był rozładowywany do początku całkowitego rozładowania. Dlatego pojemność elektryczna jest zawsze wyrażana w amperogodzinach (A x h).
Na podstawie wartości pojemności elementu można również z góry określić, ile godzin będzie on pracował w przybliżeniu przed rozpoczęciem pełnego rozładowania. Aby to zrobić, musisz podzielić pojemność przez siłę prądu rozładowania dozwolonego dla tego elementu.
Jednak pojemność elektryczna nie jest ściśle stałą wartością. Zmienia się w dość dużych granicach w zależności od warunków (modu) elementu i końcowego napięcia rozładowania.
Jeśli element będzie rozładowywany z maksymalną siłą prądu, a ponadto bez przerw, to będzie wydzielał znacznie mniejszą pojemność. Wręcz przeciwnie, gdy ten sam element będzie rozładowywany prądem o mniejszej sile oraz z częstymi i stosunkowo długimi przerwami, element ten zrezygnuje z pełnej pojemności.
Jeśli chodzi o wpływ końcowego napięcia rozładowania na pojemność ogniwa, należy pamiętać, że podczas rozładowywania ogniwa galwanicznego jego napięcie robocze nie pozostaje na tym samym poziomie, ale stopniowo maleje.
Typowe typy ogniw galwanicznych
Najpopularniejsze ogniwa galwaniczne to układy manganowo-cynkowe, manganowo-powietrzne, powietrzno-cynkowe i rtęciowo-cynkowe z elektrolitami solnymi i alkalicznymi. Suche ogniwa manganowo-cynkowe z elektrolitem solnym mają napięcie początkowe od 1,4 do 1,55 V, czas pracy w temperaturze otoczenia od -20 do -60°C od 7 godzin do 340 godzin.
Suche ogniwa manganowo-cynkowe i powietrzno-cynkowe z alkalicznym elektrolitem mają napięcie od 0,75 do 0,9 V i czas pracy od 6 do 45 godzin.
Suche ogniwa rtęciowo-cynkowe mają napięcie początkowe od 1,22 do 1,25 V i czas pracy od 24 do 55 godzin.
Suche elementy rtęciowo-cynkowe mają najdłuższy gwarantowany okres trwałości, sięgający 30 miesięcy.
Są to wtórne ogniwa galwaniczne.W odróżnieniu od ogniw galwanicznych, w akumulatorze bezpośrednio po zmontowaniu nie zachodzą żadne procesy chemiczne.
Aby reakcje chemiczne związane z ruchem rozpoczęły się w akumulatorze ładunki elektryczne, należy odpowiednio zmienić skład chemiczny jego elektrod (i część elektrolitu). Ta zmiana składu chemicznego elektrod następuje pod wpływem prądu elektrycznego przepływającego przez akumulator.
Dlatego, aby akumulator mógł wytwarzać prąd elektryczny, musi najpierw zostać „naładowany” stałym prądem elektrycznym z jakiegoś zewnętrznego źródła prądu.
Baterie wypadają również korzystnie w porównaniu z konwencjonalnymi ogniwami galwanicznymi, ponieważ po rozładowaniu można je ponownie naładować. Przy odpowiedniej pielęgnacji iw normalnych warunkach eksploatacji akumulatory mogą wytrzymać do kilku tysięcy ładowań i rozładowań.
Urządzenie bateryjne
Obecnie w praktyce najczęściej stosowane są akumulatory ołowiowe i kadmowo-niklowe. Dla tych pierwszych jako elektrolit służy roztwór kwasu siarkowego, a dla tych drugich roztwór alkaliów w wodzie. Baterie kwasowo-ołowiowe są również nazywane kwasowymi, a baterie kadmowo-niklowe nazywane są alkalicznymi.
Zasada działania akumulatorów opiera się na polaryzacji elektrod. Najprostszy akumulator kwasowy jest ułożony w następujący sposób: są to dwie ołowiane płytki zanurzone w elektrolicie. W wyniku chemicznej reakcji zastępczej płytki pokrywa się niewielką warstwą siarczanu ołowiu PbSO4, jak wynika ze wzoru Pb + H 2 SO 4 \u003d PbSO 4 + H 2.
Urządzenie z akumulatorem kwasowym
Ten stan płytek odpowiada rozładowanemu akumulatorowi. Jeśli teraz akumulator jest włączony do ładowania, tj. Podłącz go do generatora prąd stały, wtedy w nim, z powodu elektrolizy, rozpocznie się polaryzacja płytek. W wyniku ładowania akumulatora jego płytki polaryzują się, to znaczy zmieniają substancję swojej powierzchni iz jednorodnych (PbSO 4) przechodzą w niejednorodne (Pb i Pb O 2).
Akumulator staje się źródłem prądu, a elektroda dodatnia to płytka pokryta dwutlenkiem ołowiu, a elektroda ujemna to czysta płytka ołowiana.
Pod koniec ładowania stężenie elektrolitu wzrasta z powodu pojawienia się w nim dodatkowych cząsteczek kwasu siarkowego.
Jest to jedna z cech akumulatora ołowiowego: jego elektrolit nie pozostaje obojętny i sam uczestniczy w reakcjach chemicznych podczas pracy akumulatora.
Pod koniec rozładowania obie płyty akumulatora są ponownie pokrywane siarczanem ołowiu, w wyniku czego akumulator przestaje być źródłem prądu. Akumulator nigdy nie jest doprowadzany do takiego stanu. Z powodu tworzenia się siarczanu ołowiu na płytkach, stężenie elektrolitu na końcu rozładowania maleje. Jeśli akumulator zostanie naładowany, to ponownie można spowodować polaryzację, aby ponownie go rozładować itp.
Istnieje kilka sposobów ładowania akumulatorów. Najprostszym jest normalne ładowanie baterii, które odbywa się w następujący sposób. Początkowo przez 5-6 godzin ładowanie odbywa się podwójnym prądem normalnym, aż napięcie na każdym banku akumulatorów osiągnie 2,4 V.
Normalny prąd ładowania jest określony wzorem I ładowanie \u003d Q / 16
Gdzie Q - nominalna pojemność akumulatora, Ah.
Następnie prąd ładowania jest redukowany do normalnej wartości i ładowanie jest kontynuowane przez 15-18 godzin, aż pojawią się oznaki końca ładowania.
Nowoczesne baterie
Baterie kadmowo-niklowe, czyli alkaliczne, pojawiły się znacznie później niż ołowiowe iw porównaniu z nimi są bardziej zaawansowanymi chemicznymi źródłami prądu. Główną przewagą baterii alkalicznych nad ołowiowymi jest chemiczna neutralność elektrolitu w stosunku do masy czynnej płytek. Z tego powodu samorozładowanie baterii alkalicznych jest znacznie mniejsze niż w przypadku akumulatorów kwasowo-ołowiowych. Zasada działania baterii alkalicznych opiera się również na polaryzacji elektrod podczas elektrolizy.
Do zasilania urządzeń radiowych produkowane są szczelne akumulatory kadmowo-niklowe, które działają w temperaturach od -30 do +50 ° C i wytrzymują 400 - 600 cykli ładowania-rozładowania. Akumulatory te wykonane są w postaci zwartych równoległościanów i dysków o wadze od kilku gramów do kilogramów.
Produkują akumulatory niklowo-wodorowe do zasilania obiektów autonomicznych. Energia właściwa akumulatora niklowo-wodorowego wynosi 50 - 60 Wh kg -1.
Ogniwo galwaniczne Urządzenie przetwarzające energię chemiczną na energię elektryczną. Jednym z takich elementów jest element Daniela-Jacobiego. Element ten składa się z dwóch elektrod: cynkowej i miedzianej, zanurzonych w odpowiednich roztworach siarczanowych, pomiędzy którymi znajduje się porowata przegroda:
Gdy obwód zewnętrzny jest zamknięty, elektrony przechodzą z Zn do Cu, a cynk dyfunduje do miedzi:
Tworzymy obwód elektrochemiczny:
Anoda - elektroda ujemna (po lewej). Katoda jest elektrodą dodatnią.
Aby określić pole elektromagnetyczne tego elementu, należy porównać standardowe potencjały elektrod obu elektrod. Podczas rejestracji reakcji elektrodowych przyjmuje się, że forma utleniona znajduje się po lewej stronie równania, a forma zredukowana po prawej stronie równania.
Gdzie mi 0 - siła elektromotoryczna (EMF) ogniwa galwanicznego, gdy wszystkie reagenty są w stanie normalnym.
Siła elektromotoryczna ogniwa jest obliczana przez odjęcie potencjału anody od potencjału katody.
SEM elementu wynosi +0,34 - (-0,76) \u003d 1,1 V; im bardziej potencjały elektrod różnią się od siebie, tym większa siła elektromotoryczna. Jeśli metal jest zanurzony w roztworze soli o wyższym stężeniu, wówczas potencjał jest niestandardowy. Oznacza to, że stężenie i temperatura wpływają na wielkość potencjału elektrody. Ta zależność jest wyrażona Równanie V. Nernsta.
Gdzie P - liczba jonów;
R jest uniwersalną stałą gazową;
T - temperatura;
Z - stężenie aktywnych jonów w roztworze;
F- Liczba Faradaya = 96500 V.
HITY- urządzenia, które służą do bezpośredniego przekształcania energii reakcji chemicznej w energię elektryczną. Hits są wykorzystywane w różnych dziedzinach techniki. W środkach łączności: radio, telefon, telegraf; w elektrycznych urządzeniach pomiarowych; służą jako źródła zasilania samochodów, samolotów, traktorów; używany do napędzania rozruszników itp.
Wady HIT:
1) koszt substancji niezbędnych do pracy: Pb, Cd jest wysoki;
2) stosunek ilości energii, jaką pierwiastek może oddać do swojej masy, jest niewielki.
Korzyści HIT:
1) Trafienia dzielą się na dwie główne grupy: odwracalne (baterie), nieodwracalne (ogniwa galwaniczne). Baterie mogą być używane wielokrotnie, ponieważ ich wydajność można przywrócić przepuszczając prąd w przeciwnym kierunku od zewnętrznego źródła, aw ogniwach galwanicznych można ich użyć tylko raz, ponieważ jedna z elektrod (Zn w ogniwie Daniela-Jacobiego) jest nieodwracalnie zużyte;
2) stosowane są elektrolity wchłaniane przez materiały porowate, mają one większą rezystancję wewnętrzną;
3) stworzenie ogniw paliwowych, podczas których eksploatacji zużywane byłyby tanie substancje o małej gęstości (gaz ziemny, wodór);
4) wygodna obsługa, niezawodność, wysokie i stabilne napięcie.
Rozważ proces technologiczny oparty na akumulatorze kwasowo-ołowiowym z elektrodami otulonymi.
Schemat ogólny: (–) substancja czynna | elektrolit | substancja czynna (+).
Substancją czynną elektrody ujemnej jest Środek redukujący oddanie elektronów. Podczas wyładowania elektroda ujemna jest anodą, czyli elektrodą, na której zachodzą procesy utleniające. Substancją czynną elektrody dodatniej jest utleniacz. Substancje czynne - utleniacz i reduktor - biorą udział w reakcji elektrochemicznej.
Schemat elektrochemiczny akumulatora kwasowo-ołowiowego
Substancjami czynnymi baterii ołowiowej są ołów gąbczasty i PbO 2 . Tworzenie mas aktywnych w elektrodach przebiega następująco: pastę lub mieszaninę tlenków Pb nanosi się na przewodzącą elektrycznie ramę konstrukcji; podczas późniejszego formowania płytek tlenki Pb są przekształcane w substancje czynne. Tworzenie– zamiana masy nienaładowanej na masę naładowaną. Takie płyty są podzielone w zależności od rodzaju ramy na rozpiętość i kratę. Większość akumulatorów składa się z płyt gipsowych. Podczas ich wytwarzania pastę z tlenków ołowiu wlewa się w komórki profilowanych krat o grubości 1–7 mm, odlanych ze stopu Pb–Sb. Po stwardnieniu pasta trzyma się na siatce, gwarancja na taki akumulator to 2-3 lata. Przy doborze materiałów na kolektory prądu dodatnich elektrod akumulatorów ważne jest zapewnienie ich praktycznej pasywności (przy zachowaniu przewodności elektrycznej) w warunkach ładowania (do bardzo wysokich potencjałów przy polaryzacji anodowej). W tym celu stosuje się Pb lub jego stopy w roztworach H 2 SO 4. Korpus i pokrywa HIT mogą być wykonane ze stali lub różnych dielektryków, ale w akumulatorach kwasowo-ołowiowych korpus jest wykonany z ebonitu, polipropylenu i szkła. Elektrolit w akumulatorze kwasowo-ołowiowym może uczestniczyć w ogólnej reakcji generującej prąd. Do przewodzących prąd zaczepów elektrody ujemnej stosuje się Cu, Ti, Al.
3. Regeneracja i utylizacja HITów
Żywotność ogniw galwanicznych kończy się (rozładowanie HIT) po całkowitym lub częściowym zużyciu materiałów aktywnych, których sprawność po rozładowaniu można przywrócić poprzez ładowanie, czyli przepuszczanie prądu w kierunku przeciwnym do kierunku prądu podczas wyładowanie: takie ogniwa galwaniczne nazywane są akumulatory. Elektroda ujemna, która była anodą podczas rozładowywania akumulatora, po naładowaniu staje się katodą. warunki najlepszy użytek materiały aktywne mają niską gęstość prądu, wysokie temperatury do normy. Zwykle przyczyną nieprawidłowego działania HIT jest pasywacja elektrody– gwałtowny spadek szybkości procesu elektrochemicznego podczas wyładowania, spowodowany zmianą stanu powierzchni elektrody podczas wyładowania na skutek tworzenia się warstw tlenków lub filmów solnych. Sposobem na walkę z pasywacją jest zmniejszenie rzeczywistej gęstości prądu wyładowania poprzez zastosowanie elektrod o rozwiniętych powierzchniach. Produkcja HIT charakteryzuje się stosowaniem różnych substancji toksycznych (silne utleniacze, związki Pb, Hg, Zn, Cd, Ni stosowane w stanie drobno zdyspergowanym; kwasy, zasady, rozpuszczalniki organiczne). W celu zapewnienia normalnych warunków pracy, automatyzacji procesów produkcyjnych, zapewnione są racjonalne systemy wentylacji, w tym zastosowanie lokalnych odciągów z urządzeń emitujących toksyczne substancje, uszczelnianie urządzeń, zastępowanie suchych metod przetwarzania materiałów pylistych mokrymi, oczyszczanie zanieczyszczonego powietrza i gazów z aerozoli i oczyszczanie ścieków przemysłowych. Masowe stosowanie HIT w gospodarce narodowej wiąże się z problemami środowiskowymi. Podczas gdy ołów z akumulatorów może być w większości zwracany przez konsumentów do zakładów recyklingu, utylizacja podstawowych CPS z małych gospodarstw domowych nie jest ekonomicznie opłacalna.
Każda bateria Hg-Zn zapewnia 5-7 dni działania aparatu słuchowego.
Pojazdy elektryczne są opracowywane z wykorzystaniem HIT zamiast silników spalinowych, które zatruwają atmosferę miast spalinami. Pod względem stopnia negatywnego wpływu na środowisko produkcja galwaniczna zajmuje pierwsze miejsce. Przyczyną skrajnie negatywnego wpływu produkcji galwanicznej jest to, że w zdecydowanej większości przedsiębiorstw zaledwie 10–30% soli metali ciężkich jest zużywanych z pożytkiem w procesach technologicznych powlekania, podczas gdy reszta przedostaje się do środowiska z niezadowalającą pracą. Wyjściem jest zminimalizowanie strat soli metali nieżelaznych, czyli częściowe ograniczenie usuwania elektrolitów z kąpieli galwanicznych. Doprowadzi to do zmniejszenia stężeń i objętości ścieków, a tym samym powstanie niezbędne warunki do prowadzenia niskoodpadowych (MOT) i bezodpadowych (LOT) technologii nakładania powłok galwanicznych. Najpierw musisz wybrać odpowiedni elektrolit. Podstawową zasadą ILO i BOT jest ograniczenie wprowadzanych chemikaliów i dostarczanie mniejszej ilości trucizn na wyjściu procesu.
Domowe ogniwo galwaniczne do autonomicznego zasilania
Element Volty
Do zasilania i ładowania przenośnej elektroniki w miejscach, gdzie nie ma zasilania, z powodzeniem można stosować, obok innych źródeł energii elektrycznej, najprostsze chemiczne źródła prądu, ogniwa galwaniczne.
Ich zastosowanie jest możliwe w domkach letniskowych do długoterminowego zamieszkania przy braku sieci elektrycznej, a także w odległych wioskach, w których albo w ogóle nie ma prądu, albo występują ciągłe przerwy w dostawie prądu. W Rosji Sowieckiej chemiczne źródła prądu lub ogniwa galwaniczne rozpowszechniły się w amatorskiej technice radiowej w połowie ubiegłego wieku, ponieważ źródła te są łatwe w produkcji i wykonane z łatwo dostępnych materiałów.
Teraz kiedy przenośna elektronika stał się bardzo ekonomiczny pod względem zużycia energii, jego zasilanie z domowych chemicznych źródeł prądu może być bardzo efektywne, ponieważ takie źródła prądu były z powodzeniem stosowane u zarania rozwoju radiotechniki. Wtedy sprzęt zużywał wielokrotnie więcej prądu niż sprzęt nowoczesny, a teraz wraz z rozwojem energooszczędnej technologii oświetleniowej. Na przykład oświetlenie LED zużywa 4-5 razy mniej prądu niż konwencjonalne żarówki. Również nowoczesny Telefony komórkowe, PDA i inne gadżety nie zużywają prawie nic więcej, a nawet mniej niż sprzęt radiowy z ostatnich dziesięcioleci.
Uwaga!
Artykuł zawiera błędy ortograficzne i interpunkcyjne, ponieważ materiał pobrany z serwisu http://soliaris2010.narod2.ru , a edycja tekstu jest praktycznie taka sama jak oryginału. Proszę nie oceniać zbyt surowo...
PROSTE OGNIWO GALWANICZNE, ELEMENT NAPIĘCIOWY
Kolumna woltaiczna Pierwsze źródło prądu chemicznego zostało wynalezione przez włoskiego naukowca Alessandro Voltę w 1800 roku. Był to element Volty - naczynie ze słoną wodą z zanurzonymi w nim blachami cynkowymi i miedzianymi, połączone drutem. Następnie naukowiec zmontował baterię tych pierwiastków, którą później nazwano Filarem Voltaic. Wynalazek ten był następnie używany przez innych naukowców w ich badaniach. Na przykład w 1802 r. Rosyjski akademik W. W. Pietrow zaprojektował kolumnę Voltaic złożoną z 2100 elementów do wytwarzania łuku elektrycznego.
W 1836 roku angielski chemik John Daniel udoskonalił element Volty, umieszczając elektrody cynkowe i miedziane w roztworze kwasu siarkowego. Ten projekt stał się znany jako „element Daniela”. W 1859 roku francuski fizyk Gaston Plante wynalazł akumulator kwasowo-ołowiowy. Ten typ ogniw jest stosowany w akumulatorach samochodowych do dziś.W 1865 roku francuski chemik J. Leclanchet zaproponował swoje ogniwo galwaniczne (ogniwo Leclanchet), które składało się z cynkowego kubka wypełnionego wodnym roztworem chlorku amonu lub innej soli chlorkowej , w którym aglomerat tlenku manganu (IV) MnO2 z prądem węglowym ołowiu.
Modyfikacja tego projektu jest nadal stosowana w bateriach solnych do różnych urządzeń gospodarstwa domowego.W 1890 r. w Nowym Jorku Konrad Hubert, imigrant z Rosji, tworzy pierwszą kieszonkową latarkę elektryczną. I już w 1896 roku firma National Carbon rozpoczęła masową produkcję pierwszych na świecie suchych elementów Leklanshe „Columbia”. Najdłużej żyjącym ogniwem galwanicznym jest bateria cynkowo-siarkowa, wyprodukowana w Londynie w 1840 roku. Połączony z nią dzwonek działa do dziś.
Najprostszy element miedziano-cynkowy składa się z dwóch elektrod płytkowych zanurzonych w roztworze elektrolitu; po zanurzeniu w elektrolicie powstaje różnica potencjałów między metalami. Gdy płytka miedziana i płytka cynkowa są zanurzone w roztworze chlorku sodu, powstaje różnica potencjałów około 1 wolta, a jeden element, niezależnie od wielkości, ma napięcie jednego wolta, a moc takiego elementu zależy od jego rozmiar i powierzchnia płytek zanurzonych w elektrolicie. Aby uzyskać wyższe napięcie, elementy te, podobnie jak fabryczne akumulatory, łączy się szeregowo w celu uzyskania pożądanego napięcia.
WŁAŚCIWOŚCI ELEMENTU MIEDZIANO-CYNKOWEGO
Źródła prądowe miedziano-cynkowe. Produkcję tych chemicznych źródeł prądu rozpoczęto już w 1889 roku. Obecnie produkowane są one na małą skalę w postaci ogniw o pojemności od 250 do 1000 Ah. Gładkie płytki cynkowe oraz płytki z mieszaniny tlenku miedzi, miedzi i spoiwa umieszcza się w szklanym lub metalowym naczyniu z 20% roztworem NaOH. Elementy mają napięcie 0,6-0,7 V i energię właściwą 25-30 Wh/kg. Do ich zalet należy stałość napięcia rozładowania, bardzo niskie samorozładowanie, bezawaryjna praca oraz niska cena. Wykorzystywano je w systemach sygnalizacji i łączności na kolei.
W realne warunki energochłonność może się znacznie różnić i zależy od powierzchni plastiku, czystości metali i gęstości elektrolitu 20A/h, ale w takich elementach bardzo mały prąd rozładowania jest mały, a prąd w obwodzie może wynosić około 100-150mA/h, a im mniej podłączone źródło zużywa, tym bardziej element miedziano-cynkowy może generować prąd. Element zmontowany w litrowym słoju przy prądzie rozładowania 50 mA/h będzie działał od 200 godzin do 400 godzin lub więcej, ale z czasem płytki utleniają się i spada napięcie, w wyniku czego element przestaje działać. Aby odnowić element, konieczna jest wymiana elektrolitu i oczyszczenie płytek z utleniania, a element znów będzie działał.
Proces utleniania zależy od prądu rozładowania, im jest on większy, tym szybciej element ulegnie awarii, ale średnio element w litrowym słoiku przed czyszczeniem i ładowaniem prądem rozładowania 50 mA/h będzie działał przez około 3-4 miesiące, a przy prądzie rozładowania 2-5 mA/h starczy na rok lub dłużej.Zwykły litrowy element nie wystarczy do zasilenia nawet prostego miniaturowego odbiornika radiowego, a aby uzyskać pożądane właściwości, musisz złożyć blok z kilku elementów.
Teraz w zasadzie cała przenośna elektronika jest zasilana napięciem 3,6-4,5 wolta, a aby uzyskać takie liczby, musisz połączyć szeregowo 4-5 takich elementów, jeśli podłączysz elementy 5-litrowe, otrzymasz około 3,5- 4,8 V, a wydajność wzrasta do 40-50 A/h, a prąd rozładowania może dochodzić do 400-600 mA/h, dlatego takie źródło bez problemu poradzi sobie zarówno z zasilaniem małego radia czy latarki LED, jak i ładowaniem miniaturowej baterie telefonu na 10-30 godzin. Ale do zasilania diod LED dużej mocy i mocy nowoczesne telefony a KPCh takie źródła nie wystarczą.
DO STABILNEGO, DŁUGOTERMINOWEGO AUTONOMICZNEGO ZASILANIA PRZENOŚNEJ ELEKTRONIKI
będziesz potrzebować czegoś większego, na przykład elementu o pojemności jak na rysunku, objętości 40-50 litrów, do stabilnego zasilania przenośnego pomieszczenia Lampy LED i inne technologie. Do wyprodukowania takiego chemicznego źródła energii elektrycznej nie będziesz potrzebować: 5 płytek miedzianych o wymiarach 20x40 i 5 takich samych cynkowych, następnie musisz przylutować lub docisnąć każdą płytkę, zaginając róg płytki, włożyć okablowanie i spłaszczyć młotkiem.
Następnie należy przymocować płytki za pomocą przewodzących elektrony przekładek (drewniany klocek lub plastikowa rurka) do siebie, a następnie opuścić je do pojemników z elektrolitem, jest to roztwór chlorku sodu lub roztwór amoniaku lub roztworu kwasu siarkowego (autoelektrolitu), po czym powstałe akumulatory łączymy szeregowo, czyli blachę miedzianą jednego elementu łączymy przewodami z blachą cynkową drugiego elementu. W rezultacie po jednej stronie powstałego bloku pozostaje miedziana płytka z okablowaniem (+), a po drugiej cynk (-). Im większa powierzchnia płytek i lepszy elektrolit, tym wyższa wydajność takiego źródła prądu.
MIEDŹ WITALNY ELEMENT DOMOWEJ WYROBY
W tym domowym projekcie, ze względu na niedostępność czystego cynku, zastosowano elektrodę aluminiową, ale emf. aluminium jest niższe niż cynk, wynosi 0,5 V, czyli jeden rząd daje tylko 0,5 wolta, z tego powodu urządzenie nie składa się z 4 puszek na napięcie 3,5-4 woltów, ale z 6, aby uzyskać co najmniej 3,6 wolta.
Podczas testowania tego urządzenia nie było żadnych przyrządów pomiarowych, ale jak widać na zdjęciu urządzenie swobodnie dostarcza blask 12 diod - pobór prądu to 150-200mA, oraz ładuje telefon komórkowy - pobór prądu to około 400mA .
Podczas testów ogniwo naładowało baterię telefonu 750 mA w 2,40 minuty.
Przybliżony specyfikacje baterie ogniw, składające się z 6 puszek, o pojemności 0,33 litra: 3,7 V, prąd obwodu około 500mA, wydajność 25-30A/h.
Podczas testu bateria ogniw pracowała stabilnie na jednej łyżce witriolu około 100 godzin przy prądzie rozładowania około 200 mAh, teraz urządzenie też działa, ale moc prądu jest dużo mniejsza i wynosi około 80 mAh, witriol jest prawie zużyty, więc jeśli policzysz , to możesz określić, jak długo elementy będą generalnie pracować na określonej ilości witriolu, zasilając określone urządzenia.
ZAMÓWIENIE PRODUKCYJNE
W TYM PROJEKCIE ALUMINIOWE PUSZKI (PIWO) I INNE WYROBY ALUMINIOWE ZOSTAŁY WYKORZYSTANE JAKO ELEKTRODY ALUMINIOWE.
W PRZYPADKU UŻYWANIA PUSZEK ALUMINIOWYCH NALEŻY DOKŁADNIE OCZYŚCIĆ JE Z WARSTWY OCHRONNEJ WEWNĘTRZNEJ ORAZ OZNACZEŃ ZEWNĘTRZNYCH, PONIEWAŻ NIE PRZEPŁYWAJĄ PRĄDU.
Najpierw wewnętrzną powierzchnię słoika smaruje się wazeliną lub smalcem w odległości 3-4 centymetrów od górnej krawędzi słoika, aby zapobiec wydostawaniu się kryształów soli z naczynia elementu.
Ponadto w cylindrze konieczne jest wykonanie podwójnych cięć z jednej strony na głębokość 4-5 mm i wygięcie powstałych wsporników na zewnątrz, tak aby cylinder wisiał na nich, na szyjce puszki, nie sięgając dna puszki o 5 cm, po wytworzeniu lutu do niego kabel miedziany, to będzie (+).
Następnie wykonuje się przeponę, przeponę wykonuje się z tektury, z tektury wykonuje się walec na całej długości puszki lub 5 cm krótszy od puszki, a następnie przyszywa się do niego nitkami tekturowe dno, tak aby nie ma żadnych szczelin, a miejsca zszywania są nasączane gorącą parafiną, aby uszczelnić dno i zapobiec wydostawaniu się płynu.
Następnie kilka warstw pergaminu lub papieru gazetowego jest ciasno nawiniętych na cylinder, uprzednio nasączonych solą fizjologiczną, aby nie było szczelin powietrznych, a następnie powstałe „szkło” jest szczelnie osłonięte tkaniną owiniętą kilkoma warstwami w celu uzyskania wytrzymałości mechanicznej.
Następnie na wierzch membrany nakleja się lub wszywa pierścień tak, aby szkło nie wypadło, miejsca mocowania pokrywa się gorącą parafiną, w pierścieniu wykonuje się otwór, przez który wlewa się wodę do słoiczka i mieszadło dodaje się, aby wymieszać witriol.
Następnie do membrany należy wlać roztwór soli kuchennej i pozostawić na kilka godzin, prawidłowo zamontowana membrana nie powinna przeciekać, a jej powierzchnia powinna być tylko mokra. -), cylinder cynkowy powinien swobodnie wchodzić w membranę, ale przy jednocześnie być jak najbliżej jego ścian, to znaczy bliżej miedzianego cylindra, aby zmniejszyć opór wewnętrzny, a tym samym zwiększyć wydajność.
MONTAŻ ELEMENTÓW.
Do czystego słoika, jeśli 0,5 l., wsyp łyżkę siarczanu miedzi, włóż mieszadło, a następnie zainstaluj przeponę wypełnioną roztworem chlorku sodu, następnie wlej wodę do otworu przeznaczonego na mieszadło, a następnie cynk wkłada się do cylindra membrany, po zamontowaniu element jest całkowicie gotowy do pracy, pozostaje połączyć elementy szeregowo, jak zwykłe akumulatory oraz zasilić i naładować urządzenia.
Zastosowanie porowatej membrany wynika z separacji elektrolitów, czyli oddzielenia kryształów witriolu i solanki z mieszania, w przeciwnym razie witriol reaguje gwałtownie i zużywa się zbyt szybko, nawet gdy ogniwo nie jest używane, a witriol przepływa przez membranę jest równomierny i oszczędny, co zapewnia długa pracaźródło prądu-ogniwo galwaniczne..
Dudek po elemencie polega na okresowym uzupełnianiu witriolu, wymianie elektrolitu i czyszczeniu elektrod z utleniania. Przy poborze prądu około 600mA (telefon komórkowy) bateria złożona z 4 półlitrowych ogniw wystarczy na jeden wkład witriolu (4 łyżki stołowe) na około miesiąc, pod warunkiem, że jest używana codziennie przez około 6 godzin. .W przypadku spadku mocy należy okresowo mieszać siarczan miedzi mieszadłem. cynk.
Notatka. Jeśli zamienisz cynk na aluminium, to nie potrzebujesz 4 lub 5 elementów, ale 6 lub 7 połączonych szeregowo, ponieważ emf. aluminium jest niższe niż cynku i wynosi 0,4-0,6 V.
