Galvanik elementning diagrammasini tuzish uchun uning ishlash printsipi va strukturaviy xususiyatlarini tushunish kerak.
Iste'molchilar kamdan-kam hollarda batareyalar va qayta zaryadlanuvchi batareyalarga e'tibor berishadi, garchi bu eng mashhur quvvat manbalari.
Galvanik hujayra nima? Uning sxemasi elektrolitga asoslangan. Qurilma elektrolitni o'z ichiga olgan kichik idishni o'z ichiga oladi, bu ajratuvchi material tomonidan adsorbsiyalanadi. Bundan tashqari, ikkita galvanik elementning diagrammasi mavjudligini taxmin qiladi Bunday galvanik hujayraning nomi nima? Ikki metalni bir-biriga bog'laydigan sxema oksidlanish-qaytarilish reaktsiyasining mavjudligini nazarda tutadi.
Bu kuchli elektrolit eritmasiga botiriladigan turli metallardan yasalgan ikkita plastinka yoki novda mavjudligini o'z ichiga oladi. Ushbu galvanik hujayraning ishlashi paytida anodda elektronlarning chiqishi bilan bog'liq oksidlanish jarayoni sodir bo'ladi.
Katodda - salbiy zarralarni qabul qilish bilan birga pasayish. Elektronlar tashqi zanjir orqali qaytaruvchidan oksidlovchiga o'tkaziladi.
Yozish uchun elektron sxemalar galvanik hujayralar, ularning standart elektrod potentsialining qiymatini bilish kerak. Mis sulfatning sink bilan o'zaro ta'sirida ajralib chiqadigan energiya asosida ishlaydigan mis-rux galvanik elementining variantini tahlil qilaylik.
Diagrammasi quyida keltirilgan ushbu galvanik element Yakobi-Daniel elementi deb ataladi. U mis sulfat (mis elektrod) eritmasiga botiriladigan narsalarni o'z ichiga oladi, shuningdek, uning sulfat eritmasida joylashgan rux plitasidan (sink elektrod) iborat. Eritmalar bir-biri bilan aloqa qiladi, lekin ularning aralashishiga yo'l qo'ymaslik uchun element gözenekli materialdan tayyorlangan bo'limdan foydalanadi.
Qal'asi Zn ½ ZnSO4 ½½ CuSO4 ½ Cu bo'lgan galvanik element qanday ishlaydi? Uning ishlashi paytida, elektr davri yopilganda, metall sinkning oksidlanish jarayoni sodir bo'ladi.
Uning tuz eritmasi bilan aloqa qilish yuzasida atomlarning Zn2+ kationlariga aylanishi kuzatiladi. Jarayon tashqi kontur bo'ylab harakatlanadigan "erkin" elektronlarning chiqishi bilan birga keladi.
Sink elektrodida sodir bo'ladigan reaktsiyani quyidagicha ifodalash mumkin:
Metall kationlarni kamaytirish mis elektrodda amalga oshiriladi. Rux elektrodidan bu yerga kirgan manfiy zarralar mis kationlari bilan birikib, ularni metall holida cho'ktiradi. Bu jarayon quyidagicha ko'rinadi:
Agar biz yuqorida muhokama qilingan ikkita reaksiyani qo'shsak, biz sink-mis galvanik elementining ishlashini tavsiflovchi yig'ma tenglamaga ega bo'lamiz.
Sink elektrod anod, mis esa katod bo'lib xizmat qiladi. Zamonaviy galvanik xujayralar va batareyalar bitta elektrolit eritmasidan foydalanishni talab qiladi, bu ularni qo'llash doirasini kengaytiradi va ularning ishlashini yanada qulay va qulay qiladi.
Eng keng tarqalgan uglerod-sink elementlari. Ular marganets oksidi (4) bo'lgan anod bilan aloqa qilishda passiv uglerod oqimi kollektoridan foydalanadilar. Elektrolit ammoniy xlorid bo'lib, pasta shaklida ishlatiladi.
U tarqalmaydi, shuning uchun galvanik hujayraning o'zi quruq deb ataladi. Uning xususiyati operatsiya vaqtida "tiklash" qobiliyatidir, bu ularning ishlash davrining davomiyligiga ijobiy ta'sir qiladi. Bunday galvanik xujayralar past narxga ega, ammo kam quvvatga ega. Haroratning pasayishi bilan ular samaradorligini pasaytiradi va harorat ko'tarilgach, elektrolitlar asta-sekin quriydi.
Ishqoriy hujayralar gidroksidi eritmadan foydalanishni talab qiladi, shuning uchun ular juda ko'p qo'llaniladigan sohalarga ega.
Lityum xujayralarda faol metall anod vazifasini bajaradi, bu xizmat muddatiga ijobiy ta'sir qiladi. Lityum salbiy, shuning uchun kichik o'lchamlarda bunday elementlar maksimal nominal kuchlanishga ega. Bunday tizimlarning kamchiliklari orasida yuqori narx mavjud. Lityum quvvat manbalarini ochish portlovchi hisoblanadi.
Har qanday galvanik hujayraning ishlash printsipi katod va anodda sodir bo'ladigan redoks jarayonlariga asoslanadi. Amaldagi metallga va tanlangan elektrolit eritmasiga qarab, elementning ishlash muddati, shuningdek nominal kuchlanishning qiymati o'zgaradi. Hozirgi vaqtda xizmat qilish muddati ancha uzoq bo'lgan litiy va kadmiy galvanik xujayralari talabga ega.
Galvanik hujayra- elektrodlarda oksidlanish-qaytarilish reaktsiyasi sodir bo'lganda ajralib chiqadigan energiya to'g'ridan-to'g'ri elektr energiyasiga aylanadigan kimyoviy oqim manbai. .
Guruch. 9.2. Daniel-Yakobi galvanik elementining diagrammasi
Bu erda I - ZnSO 4 ning suvdagi eritmasi bo'lgan stakan, unga rux plitasi tushirilgan; II - suvdagi CuSO 4 eritmasi bo'lgan stakan, unga mis plastinka botiriladi; III - eritmalar orasidagi kationlar va anionlarning harakatini ta'minlaydigan tuz ko'prigi (elektrolitik kalit); IV - voltmetr (EMFni o'lchash uchun kerak, lekin galvanik hujayraning bir qismi emas).
Sink elektrodning standart elektrod potensiali. Mis elektrodning standart elektrod salohiyati. Chunki sink atomlari oksidlanadi:
Qaytarilish reaktsiyasi sodir bo'ladigan yoki elektrolitdan kationlarni qabul qiladigan elektrod deyiladi katod.
Elektrolitik kalit orqali eritmadagi ionlarning harakati sodir bo'ladi: SO 4 2- anionlar anodga, Zn 2+ kationlar katodga. Eritmadagi ionlarning harakati yopiq elektr zanjiri galvanik hujayra.
(a) va (b) reaksiyalar elektrod reaksiyalari deyiladi.
Elektrodlarda sodir bo'ladigan jarayonlar tenglamalarini qo'shib, biz galvanik hujayrada sodir bo'ladigan redoks reaktsiyasining umumiy tenglamasini olamiz:
Umuman olganda, ixtiyoriy galvanik hujayrada sodir bo'ladigan redoks reaktsiyasining umumiy tenglamasi quyidagicha ifodalanishi mumkin:
Daniel-Jacobi galvanik hujayra sxemasi quyidagicha ko'rinadi:
Zn | ZnSO 4 || CuSO 4 | Cu
Galvanik elementni ishlatishda olinishi mumkin bo'lgan elektrodlar orasidagi maksimal potentsial farq deyiladi elektromotor kuch(emf) elementi E. Bu formula bo'yicha hisoblanadi;
Qayerda n- elementar oksidlanish-qaytarilish hodisasidagi elektronlar soni; F- Faraday raqami.
Standart sharoitda tok hosil qiluvchi reaksiyaning izobar-izotermik potentsialining o'zgarishining kattaligi? G 0 bu reaksiyaning muvozanat konstantasi bilan bog'liq TO nisbatga teng
| (9.6) |
Galvanik hujayralar asosiy (bir martalik) kimyoviy oqim manbalari (CHS). Ikkilamchi (qayta foydalanish mumkin) HITlar batareyalardir. Batareyalarni zaryadsizlantirish va zaryadlash jarayonida sodir bo'ladigan jarayonlar o'zaro bog'liqdir.
Elektrodlari bir xil metalldan yasalgan va ularning turli konsentratsiyali tuzlari eritmalariga botirilgan galvanik elementlar deyiladi. diqqat. Bunday elementlardagi anodning vazifasini konsentratsiyasi pastroq bo'lgan tuz eritmasiga botirilgan metall bajaradi, masalan:
1-misol. Reaksiya asosida galvanik elementning diagrammasini tuzing: Mg + ZnSO 4 = MgSO 4 + Zn. Bu hujayradagi katod va anod nima? Ushbu elektrodlarda sodir bo'ladigan jarayonlar uchun tenglamalarni yozing. Standart sharoitlarda elementning EMF ni hisoblang. Tok hosil qiluvchi reaksiya uchun muvozanat konstantasini hisoblang.
Kam quvvatli elektr energiyasi manbalari
Galvanik elementlar va batareyalar portativ elektr va radio jihozlarini quvvatlantirish uchun ishlatiladi.
Galvanik hujayralar- bu yagona harakat manbalari, batareyalar- qayta ishlatiladigan manbalar.
Eng oddiy galvanik hujayra
Eng oddiy element ikkita chiziqdan tayyorlanishi mumkin: mis va sink, sulfat kislota bilan ozgina kislotalangan suvga botiriladi. Agar rux mahalliy reaksiyalardan xoli bo'ladigan darajada toza bo'lsa, mis va rux sim orqali ulanmaguncha sezilarli o'zgarishlar bo'lmaydi.
Biroq, chiziqlar bir-biriga nisbatan turli xil potentsiallarga ega va ular sim bilan ulanganda, unda a paydo bo'ladi. Ushbu harakat davom etar ekan, sink tasmasi asta-sekin eriydi va mis elektrod yaqinida gaz pufakchalari hosil bo'ladi va uning yuzasida to'planadi. Bu gaz elektrolitdan hosil bo'lgan vodoroddir. Elektr toki mis chiziqdan sim orqali rux tasmasiga, undan esa elektrolit orqali misga qaytadi.
Asta-sekin elektrolitning sulfat kislotasi sink elektrodining erigan qismidan hosil bo'lgan sink sulfat bilan almashtiriladi. Shu tufayli elementning kuchlanishi kamayadi. Biroq, misda gaz pufakchalari paydo bo'lishi tufayli kuchlanishning yanada ko'proq pasayishi sodir bo'ladi. Bu harakatlarning ikkalasi ham "qutblanish" ni keltirib chiqaradi. Bunday elementlar deyarli amaliy ahamiyatga ega emas.
Galvanik elementlarning muhim parametrlari
Galvanik elementlar tomonidan ta'minlangan kuchlanishning kattaligi faqat ularning turiga va dizayniga, ya'ni elektrodlar va elektrodlarning materialiga bog'liq. kimyoviy tarkibi elektrolit, lekin elementlarning shakli va hajmiga bog'liq emas.
Galvanik element ishlab chiqarishi mumkin bo'lgan oqim miqdori uning ichki qarshiligi bilan cheklangan.
Juda muhim xususiyat galvanik hujayra hisoblanadi. Elektr quvvati deganda galvanik yoki akkumulyator xujayrasi butun ishlash vaqtida, ya'ni oxirgi zaryadsizlanish sodir bo'lgunga qadar etkazib berishga qodir bo'lgan elektr energiyasi miqdori tushuniladi.
Element tomonidan berilgan quvvat, amperda ifodalangan tushirish oqimining kuchini to'liq zaryadsizlanish boshlanishiga qadar element zaryadsizlangan soatga ko'paytirish orqali aniqlanadi. Shuning uchun elektr quvvati har doim amper-soatda (A x h) ifodalanadi.
Elementning quvvatiga asoslanib, siz to'liq zaryadsizlanishidan oldin qancha soat ishlashini ham oldindan belgilashingiz mumkin. Buning uchun quvvatni ushbu element uchun ruxsat etilgan tushirish oqimiga bo'lish kerak.
Biroq, elektr sig'imi qat'iy doimiy qiymat emas. Elementning ish sharoitlari (rejimi) va oxirgi tushirish kuchlanishiga qarab, u juda keng chegaralarda o'zgaradi.
Agar element maksimal oqim bilan va uzilishlarsiz zaryadsizlansa, u sezilarli darajada kamroq quvvat beradi. Aksincha, xuddi shu element kamroq oqim bilan va tez-tez va nisbatan uzoq tanaffuslar bilan zaryadsizlanganda, element to'liq quvvatidan voz kechadi.
Yakuniy tushirish kuchlanishining elementning sig'imiga ta'siriga kelsak, shuni yodda tutish kerakki, galvanik elementning zaryadsizlanishi paytida uning ish kuchlanishi bir xil darajada qolmaydi, lekin asta-sekin kamayadi.
Galvanik hujayralarning umumiy turlari
Eng keng tarqalgan galvanik hujayralar marganets-rux, marganets-havo, rux-havo va simob-rux tizimlari tuz va ishqoriy elektrolitlar. Tuz elektrolitlari bo'lgan quruq marganets-sink xujayralari dastlabki kuchlanish 1,4 dan 1,55 V gacha, ish vaqti -20 dan -60 o C gacha bo'lgan muhit haroratida 7 soatdan 340 soatgacha.
Ishqoriy elektrolitli quruq marganets-sink va sink-havo xujayralari 0,75 dan 0,9 V gacha kuchlanish va 6 soatdan 45 soatgacha bo'lgan ish vaqtiga ega.
Quruq simob-sink xujayralari dastlabki kuchlanish 1,22 dan 1,25 V gacha va ishlash muddati 24 soatdan 55 soatgacha.
Quruq simob-sink elementlari eng uzoq kafolatlangan saqlash muddatiga ega, 30 oyga etadi.
Bular ikkilamchi galvanik hujayralardir.Galvanik hujayralardan farqli o'laroq, yig'ilgandan so'ng darhol batareyada kimyoviy jarayonlar sodir bo'lmaydi.
Shunday qilib, harakat bilan bog'liq kimyoviy reaktsiyalar batareyada boshlanadi elektr zaryadlari, siz shunga mos ravishda uning elektrodlari (va qisman elektrolitlar) kimyoviy tarkibini o'zgartirishingiz kerak. Elektrodlarning kimyoviy tarkibidagi bu o'zgarish batareyadan o'tgan elektr tokining ta'siri ostida sodir bo'ladi.
Shuning uchun, batareyaning elektr tokini ishlab chiqarishi uchun uni birinchi navbatda doimiy ravishda "zaryad qilish" kerak elektr toki urishi ba'zi tashqi oqim manbalaridan.
Batareyalar an'anaviy galvanik xujayralardan ham yaxshi farq qiladi, chunki zaryadsizlangandan keyin ularni qayta zaryadlash mumkin. Yaxshi parvarish va normal ish sharoitida batareyalar bir necha ming zaryad va zaryadsizlanishlarga bardosh bera oladi.
Batareya qurilmasi
Hozirgi vaqtda qo'rg'oshin va kadmiy-nikel batareyalari amalda ko'pincha qo'llaniladi. Birinchisi uchun elektrolit sulfat kislota eritmasi, ikkinchisi uchun ishqorlarning suvdagi eritmasi. Qo'rg'oshinli akkumulyatorlar kislotali akkumulyatorlar, nikel-kadmiyli batareyalar esa ishqoriy batareyalar deb ataladi.
Batareyalarning ishlash printsipi elektrodlarning polarizatsiyasiga asoslanadi. Eng oddiy kislotali akkumulyator quyidagi tarzda ishlab chiqilgan: bu elektrolitga botirilgan ikkita qo'rg'oshin plitasi. Kimyoviy almashtirish reaktsiyasi natijasida plitalar Pb + H 2 SO 4 = PbSO 4 + H 2 formulasidan kelib chiqqan holda PbSO4 qo'rg'oshin sulfatining engil qoplamasi bilan qoplangan.
Kislota batareyasi qurilmasi
Plitalarning bu holati zaryadsizlangan batareyaga mos keladi. Agar siz hozir batareyani zaryadlash uchun yoqsangiz, ya'ni uni generatorga ulang to'g'ridan-to'g'ri oqim, keyin elektroliz tufayli unda plitalarning polarizatsiyasi boshlanadi. Batareyani zaryad qilish natijasida uning plitalari polarizatsiyalanadi, ya'ni ular sirtining moddani o'zgartiradi va bir hildan (PbSO 4) o'xshash bo'lmagan (Pb va Pb O 2) ga aylanadi.
Batareya oqim manbaiga aylanadi va uning musbat elektrodi qo'rg'oshin dioksidi bilan qoplangan plastinka, salbiy elektrod esa toza qo'rg'oshin plastinkasidir.
Zaryadning oxiriga kelib elektrolitlar kontsentratsiyasi undagi qo'shimcha sulfat kislota molekulalarining paydo bo'lishi tufayli ortadi.
Bu xususiyatlardan biri qo'rg'oshin batareyasi: uning elektrolitlari neytral bo'lib qolmaydi va o'zi batareyaning ishlashi paytida kimyoviy reaktsiyalarda ishtirok etadi.
Bo'shatishning oxiriga kelib, batareyaning ikkala plitasi yana qo'rg'oshin sulfat bilan qoplangan, buning natijasida batareya oqim manbai bo'lishni to'xtatadi. Batareya hech qachon bu holatga keltirilmaydi. Plitalarda qo'rg'oshin sulfat hosil bo'lishi tufayli, tushirish oxirida elektrolitlar konsentratsiyasi pasayadi. Agar siz batareyani zaryadga qo'ysangiz, uni qayta zaryadsizlantirish uchun yana polarizatsiyaga olib kelishi mumkin va hokazo.
Batareyalarni zaryad qilishning bir necha yo'li mavjud. Eng oddiy oddiy batareya zaryadlash bo'lib, u quyidagicha sodir bo'ladi. Dastlab, 5-6 soat davomida zaryadlash har bir akkumulyator batareyasidagi kuchlanish 2,4 V ga yetguncha ikki baravar normal oqim bilan amalga oshiriladi.
Oddiy zaryadlash oqimi I zaryad = Q / 16 formulasi bilan aniqlanadi
Qaerda Q - nominal batareya quvvati, Ah.
Shundan so'ng, zaryadlash oqimi normal qiymatga kamayadi va zaryadning tugashi belgilari paydo bo'lguncha zaryadlash 15-18 soat davom etadi.
Zamonaviy batareyalar
Kadmiy-nikel yoki gidroksidi batareyalar qo'rg'oshin batareyalariga qaraganda ancha kechroq paydo bo'lgan va ular bilan solishtirganda ancha rivojlangan kimyoviy oqim manbalari hisoblanadi. Ishqoriy batareyalarning qo'rg'oshinli akkumulyatorlarga nisbatan asosiy afzalligi ularning elektrolitlarining plitalarning faol massalariga nisbatan kimyoviy neytralligidir. Shu sababli, gidroksidi batareyalarning o'z-o'zidan zaryadsizlanishi qo'rg'oshin batareyalariga qaraganda ancha kam. Ishqoriy batareyalarning ishlash printsipi elektroliz paytida elektrodlarning polarizatsiyasiga ham asoslanadi.
Radio jihozlarini quvvatlantirish uchun -30 dan +50 o C gacha bo'lgan haroratlarda ishlaydigan va 400 - 600 zaryadlash-razryad aylanishiga bardosh beradigan muhrlangan kadmiy-nikel batareyalari ishlab chiqariladi. Ushbu batareyalar ixcham parallelepipedlar va massasi bir necha grammdan kilogrammgacha bo'lgan disklar shaklida ishlab chiqariladi.
Ular avtonom ob'ektlarni elektr energiyasi bilan ta'minlash uchun nikel-vodorod batareyalarini ishlab chiqaradilar. Nikel-vodorod batareyasining o'ziga xos energiyasi 50 - 60 Wh kg -1 ni tashkil qiladi.
Galvanik hujayra- kimyoviy energiyani elektr energiyasiga aylantiruvchi qurilma. Bunday elementlardan biri Doniyor-Yakobi elementidir. Ushbu element ikkita elektroddan iborat: sink va mis, tegishli sulfat eritmalariga botiriladi, ular orasida gözenekli bo'linma mavjud:
Tashqi zanjir yopilganda, elektronlar Zn dan Cu ga o'tadi va sink misga tarqaladi:
Elektrokimyoviy sxemani yaratamiz:
Anod salbiy elektroddir (chapda). Katod musbat elektroddir.
Ushbu elementning EMFni aniqlash uchun ikkala elektrodning standart elektrod potentsiallarini solishtirish kerak. Elektrod reaktsiyalarini qayd qilishda oksidlangan shakl tenglamaning chap tomonida, qisqartirilgan shakl esa o'ng tomonda joylashgan deb taxmin qilinadi.
Qayerda E 0 - barcha reaktivlar standart holatda bo'lganda galvanik elementning elektromotor kuchi (EMF).
Elementning EMF anod potentsialini katod potentsialidan ayirish yo'li bilan hisoblanadi.
Elementning EMF +0,34 - (-0,76) = 1,1 V; elektrod potentsiallari bir-biridan qanchalik ko'p farq qilsa, emf shunchalik katta bo'ladi. Agar siz metallni yuqori konsentratsiyali tuz eritmasiga botirsangiz, unda potentsial nostandart hisoblanadi. Bu elektrod potentsialining qiymatiga kontsentratsiya va harorat ta'sir qilishini anglatadi. Bu qaramlik ifodalangan V. Nernstning tenglamasi.
Qayerda P - ionlar soni;
R – universal gaz doimiysi;
T - harorat;
BILAN - eritmadagi faol ionlarning konsentratsiyasi;
F - Faraday raqami = 96500 V.
XITLAR- kimyoviy reaksiya energiyasini bevosita elektr energiyasiga aylantirish uchun ishlatiladigan qurilmalar. XITlar texnologiyaning turli sohalarida qo'llaniladi. Aloqa sohasida: radio, telefon, telegraf; elektr o'lchash asboblarida; ular avtomobillar, samolyotlar, traktorlar uchun quvvat manbai bo'lib xizmat qiladi; boshlanuvchilarni faollashtirish uchun ishlatiladi va hokazo.
HIT ning kamchiliklari:
1) ish uchun zarur bo'lgan moddalarning narxi: Pb, Cd yuqori;
2) element bera oladigan energiya miqdorining massaga nisbati kichik.
HIT ning afzalliklari:
1) XITlar ikkita asosiy guruhga bo'linadi: qaytariladigan (batareyalar), qaytarilmaydigan (voltaik hujayralar). Batareyalar qayta-qayta ishlatilishi mumkin, chunki ularning ishlashi tashqi manbadan teskari yo'nalishda oqim o'tkazish orqali tiklanishi mumkin va galvanik elementlarda ular faqat bir marta ishlatilishi mumkin, chunki elektrodlardan biri (Daniel-Yakobi elementidagi Zn) qaytarib bo'lmaydigan tarzda iste'mol qilinadi;
2) g'ovakli materiallar tomonidan so'rilgan elektrolitlar ishlatiladi, ular katta ichki qarshilikka ega;
3) ishlashi past zichlikdagi (tabiiy gaz, vodorod) arzon moddalarni iste'mol qiladigan yonilg'i xujayralarini yaratish;
4) foydalanish qulayligi, ishonchliligi, yuqori va barqaror kuchlanish.
Keling, yoyiladigan elektrodlari bo'lgan qo'rg'oshinli akkumulyatorga asoslangan texnologiya jarayonini ko'rib chiqaylik.
Umumiy sxema: (–) faol modda | elektrolitlar | faol modda (+).
Salbiy elektrodning faol moddasi kamaytiruvchi vosita, elektronlarni berish. Chiqarish vaqtida salbiy elektrod anod, ya'ni oksidlanish jarayonlari sodir bo'ladigan elektroddir. Ijobiy elektrodning faol moddasi oksidlovchi. Faol moddalar - oksidlovchi va qaytaruvchi - elektrokimyoviy reaktsiyada ishtirok etadi.
Qo'rg'oshin kislotali akkumulyatorning elektrokimyoviy sxemasi
Qo'rg'oshin akkumulyatorining faol moddalari: shimgichli qo'rg'oshin va PbO 2. Elektrodlarda faol massalarning yaratilishi quyidagicha: strukturaning elektr o'tkazuvchan ramkasiga Pb oksidlarining pastasi yoki aralashmasi qo'llaniladi; plitalarning keyingi shakllanishi paytida Pb oksidlari faol moddalarga aylanadi. Shakllanish- zaryadlanmagan massani zaryadlangan massaga aylantirish. Ushbu turdagi plitalar ramka turiga qarab yoyilgan va panjaraga bo'linadi. Aksariyat batareyalar yopishtiruvchi plitalardan yig'iladi. Ularni ishlab chiqarish jarayonida qo'rg'oshin oksidi xamiri Pb-Sb qotishmasidan quyilgan 1-7 mm qalinlikdagi profilli panjara hujayralariga surtiladi. Qattiqlashgandan so'ng, macun panjara ustida saqlanadi, bunday batareyaning kafolati 2-3 yil. Batareyalarning musbat elektrodlarining oqim kollektorlari uchun materiallarni tanlashda, zaryadlash sharoitida (anodik polarizatsiya bilan juda yuqori potentsiallarga qadar) ularning amaliy passivligini (elektr o'tkazuvchanligini saqlab qolgan holda) ta'minlash muhimdir. Shu maqsadda H 2 SO 4 eritmalarida Pb yoki uning qotishmalaridan foydalaniladi. XITning tanasi va qopqog'i po'latdan yoki turli xil dielektriklardan tayyorlanishi mumkin, ammo qo'rg'oshinli akkumulyatorlarda korpus qattiq kauchuk, polipropilen va shishadan tayyorlanadi. Qo'rg'oshin kislotali akkumulyatordagi elektrolitlar umumiy oqim hosil qiluvchi reaktsiyada ishtirok etishi mumkin. Salbiy elektrodning oqim o'tkazuvchi simlari uchun Cu, Ti, Al ishlatiladi.
3. XITlarni qayta tiklash va utilizatsiya qilish
Galvanik elementlarning xizmat qilish muddati (HIT zaryadsizlanishi) faol materiallardan to'liq yoki qisman foydalangandan so'ng tugaydi, ularning funksionalligi zaryadlangandan keyin zaryadlash orqali tiklanishi mumkin, ya'ni zaryadsizlanish paytida oqim yo'nalishiga teskari yo'nalishda oqim o'tadi. : bunday galvanik hujayralar deyiladi batareyalar. Batareya zaryadsizlanayotganda anod bo'lgan salbiy elektrod zaryad olayotganda katodga aylanadi. Shartlar eng yaxshi foydalanish faol materiallar past oqim zichligi, normalgacha yuqori haroratlar. Odatda, HITlarning noto'g'ri ishlashining sababi elektrod passivatsiyasi- oksidli qatlamlar yoki tuz plyonkalari hosil bo'lishi sababli zaryadsizlanish vaqtida elektrodlar yuzasi holatining o'zgarishi natijasida yuzaga keladigan elektrokimyoviy jarayon tezligining keskin pasayishi. Passivatsiyaga qarshi kurashning bir usuli - rivojlangan sirtli elektrodlar yordamida haqiqiy oqim zichligini kamaytirishdir. Kimyoviy kimyoviy moddalar ishlab chiqarish har xil zaharli moddalarni (kuchli oksidlovchi moddalar, mayda dispers holatda ishlatiladigan Pb, Hg, Zn, Cd, Ni birikmalari; kislotalar, ishqorlar, organik erituvchilar) qo'llash bilan tavsiflanadi. Oddiy ish sharoitlarini ta'minlash, ishlab chiqarish jarayonlarini avtomatlashtirish, ratsional shamollatish tizimlari, shu jumladan zaharli chiqindilari bo'lgan qurilmalardan mahalliy assimilyatsiya qilish, jihozlarni muhrlash, chang hosil qiluvchi materiallarni qayta ishlashning quruq usullarini nam bilan almashtirish, ifloslanganlarni tozalash. aerozollardan havo va gazlar, sanoat oqava suvlarini tozalash. Ommaviy foydalanish Milliy iqtisodiyotdagi HIT ekologik muammolar bilan bog'liq. Batareyalardan olingan qo'rg'oshin odatda iste'molchilar tomonidan qayta ishlash zavodlariga qaytarilishi mumkin bo'lsa-da, kichik uy kimyoviy moddalarini qayta ishlash iqtisodiy jihatdan maqsadga muvofiq emas.
Har bir Hg-Zn batareyasi eshitish vositasining 5-7 kun ishlashini ta'minlaydi.
Elektr transport vositalarini ishlab chiqish shaharlar atmosferasini chiqindi gazlar bilan zaharlaydigan ichki yonuv dvigatellari o'rniga HIT yordamida amalga oshirilmoqda. Salbiy ta'sir darajasiga ko'ra muhit Elektrokaplama ishlab chiqarish birinchi o'rinda turadi. Galvanik ishlab chiqarishning o'ta salbiy ta'sirining sababi shundaki, korxonalarning aksariyatida og'ir metall tuzlarining atigi 10-30% qoplama jarayonlarida foydali iste'mol qilinadi, qolgan qismi esa, agar ish qoniqarsiz bo'lsa, atrof-muhitga tushadi. Yechim rangli metallar tuzlarining yo'qotilishini minimallashtirish, ya'ni elektrolitlarni galvanik vannalardan qismlarga ajratishni kamaytirishdir. Bu chiqindi suvlarning konsentratsiyasi va hajmining pasayishiga olib keladi va shu bilan hosil bo'ladi zarur shart-sharoitlar galvanik qoplamalarni qo'llash uchun kam chiqindi (LW) va nol chiqindi (BOT) texnologiyalarini o'tkazish uchun. Avval siz to'g'ri elektrolitni tanlashingiz kerak. XMT va BOTning asosiy printsipi - kirishda kimyoviy moddalar iste'molini kamaytirish va jarayonning chiqishida kamroq zaharlarni etkazib berish.
Avtonom elektr ta'minoti uchun uy qurilishi galvanik hujayra
Volta elementi
Elektr tarmog'i bo'lmagan joylarda ko'chma elektronikani quvvatlantirish va zaryad qilish uchun boshqa elektr manbalari bilan bir qatorda oddiy kimyoviy oqim manbalari va galvanik elementlardan muvaffaqiyatli foydalanish mumkin.
Ulardan foydalanish uzoq muddatli yashash uchun dachalarda elektr tarmog'i yo'q bo'lganda, shuningdek, umuman elektr energiyasi bo'lmagan yoki doimiy elektr uzilishlari bo'lgan chekka qishloqlarda mumkin. Sovet Rossiyasida kimyoviy oqim manbalari yoki galvanik xujayralar o'tgan asrning o'rtalarida havaskor radiotexnologiyada keng tarqaldi, chunki bu manbalar ishlab chiqarish oson va tayyor materiallardan tayyorlangan.
Endi bu portativ elektronika energiya iste'moli jihatidan juda tejamkor bo'lib qoldi, uni uy qurilishi kimyoviy oqim manbalaridan quvvat bilan ta'minlash juda samarali bo'lishi mumkin, chunki bunday oqim manbalari radiotexnika rivojlanishining boshida muvaffaqiyatli ishlatilgan. O'shanda uskunalar zamonaviy asbob-uskunalarga qaraganda ko'p marta ko'proq elektr energiyasini iste'mol qilgan va endi energiya tejovchi yoritish texnologiyasini ishlab chiqish bilan. Misol uchun, LED yoritgichi an'anaviy lampochkaning iste'moliga qaraganda 4-5 baravar kam elektr energiyasini iste'mol qiladi. Shuningdek, zamonaviy Mobil telefonlar, PDA va boshqa gadjetlar so'nggi o'n yilliklardagi radio uskunalaridan ko'p emas, balki kamroq iste'mol qiladi.
Diqqat!
Maqolada imlo va tinish belgilarida xatolar bor, chunki... saytdan olingan material http://soliaris2010.narod2.ru , va matnni tahrirlash asl nusxa bilan deyarli bir xil bo'lib qoladi. Iltimos, qattiq hukm qilmang...
ODDIY GALVANIK ELEMENT, VOLTA ELEMENT
Voltaik ustun Birinchi kimyoviy oqim manbai 1800 yilda italyan olimi Alessandro Volta tomonidan ixtiro qilingan. Bu Volta elementi edi - rux va mis plitalari tushirilgan sho'r suvli idish, sim bilan bog'langan. Keyin olim bu elementlardan akkumulyator yig‘di, keyinchalik u Voltaik ustun deb ataldi. Ushbu ixtiro keyinchalik boshqa olimlar tomonidan o'z tadqiqotlarida foydalanilgan. Masalan, 1802 yilda rus akademigi V.V.Petrov elektr yoyi hosil qilish uchun 2100 elementdan iborat Voltaik ustunni qurdi.
1836 yilda ingliz kimyogari Jon Daniel sulfat kislota eritmasiga rux va mis elektrodlarini joylashtirish orqali Volta elementini takomillashtirdi. Ushbu dizayn "Daniel xujayrasi" nomi bilan mashhur bo'ldi. 1859 yilda frantsuz fizigi Gaston Plante qo'rg'oshin kislotali akkumulyatorni ixtiro qildi. Ushbu turdagi element hozirgacha avtomobil akkumulyatorlarida qo'llaniladi.1865 yilda fransuz kimyogari J.Leklanshe o'zining galvanik elementini (Leclanchet cell) taklif qildi, u ammoniy xlorid yoki boshqa xlorid tuzining suvli eritmasi bilan to'ldirilgan rux kosasidan iborat bo'lib, unda uglerod o'tkazgichli marganets (IV) oksidi MnO2 aglomerati.
Ushbu dizaynning modifikatsiyasi bugungi kunda ham turli xil uy-ro'zg'or asboblari uchun tuz batareyalarida qo'llaniladi.1890 yilda Nyu-Yorkda Rossiyadan kelgan muhojir Konrad Xubert birinchi cho'ntakli elektr chiroqni yaratdi. Va allaqachon 1896 yilda National Carbon kompaniyasi dunyodagi birinchi quruq hujayralar Leclanche "Columbia" ni ommaviy ishlab chiqarishni boshladi. Eng uzoq umr ko'radigan galvanik element 1840 yilda Londonda ishlab chiqarilgan rux-oltingugurtli batareyadir. Unga ulangan qo'ng'iroq hozirgacha ishlaydi.
Eng oddiy mis-sink elementi elektrolit eritmasiga botirilgan ikkita elektrod plastinkasidan iborat bo'lib, elektrolitga botirilganda metallar o'rtasida potentsial farq paydo bo'ladi. Mis plastinka va rux plitasi natriy xlorid eritmasiga botirilganda, taxminan 1 voltlik potentsial farq paydo bo'ladi va bir element, uning o'lchamidan qat'i nazar, bir volt kuchlanishga ega va bunday elementning kuchi bog'liq. uning o'lchami va elektrolitga botgan plitalar maydoni bo'yicha. Yuqori kuchlanishni olish uchun ushbu elementlar, Zovod batareyalari kabi, kerakli kuchlanishni olish uchun ketma-ket ulanadi.
MIS-RUX ELEMENTINING XUSUSIYATLARI
Mis-rux oqim manbalari. Ushbu kimyoviy oqim manbalarini ishlab chiqarish 1889 yilda boshlangan. Hozirgi vaqtda ular 250 dan 1000 Ah gacha quvvatga ega hujayralar shaklida kichik miqyosda ishlab chiqarilmoqda. Silliq sink plitalari va mis oksidi, mis va bog'lovchi aralashmasidan tayyorlangan plitalar 20% li NaOH eritmasi solingan shisha yoki metall idishga joylashtiriladi. Elementlar 0,6-0,7 V kuchlanish va 25-30 Vt / kg o'ziga xos energiyaga ega. Ularning afzalliklari orasida doimiy zaryadsizlanish kuchlanishi, juda past o'z-o'zidan tushirish, muammosiz ishlash va arzon narx mavjud. Temir yo'llarda signalizatsiya va aloqa tizimlarida qo'llaniladi.
IN real sharoitlar energiya zichligi juda katta farq qilishi mumkin va plastmassaning maydoniga, metallarning tozaligiga va elektrolitlar zichligiga bog'liq.Bir litrli idishga yig'ilgan element, maksimal maydonli plitalar, yigirma foizli tuz eritmasi shaklida. elektrolitning, 0,6-1,1 volt, 10- 20A / soat kuchlanish hosil qiladi, lekin bunday elementlarda tushirish oqimi juda kichik va kontaktlarning zanglashiga olib keladigan oqimi taxminan 100-150 mA / soat bo'lishi mumkin va ulangan manba kamroq bo'lishi mumkin. iste'mol qilsa, mis-sink elementi shunchalik ko'p elektr energiyasi ishlab chiqarishi mumkin. 50 mA / soat tushirish oqimi bo'lgan litrli kavanozda yig'ilgan element 200 soatdan 400 soatgacha yoki undan ko'proq ishlaydi, ammo vaqt o'tishi bilan plitalar oksidlanadi va kuchlanish pasayadi va oxir-oqibat element ishlashni to'xtatadi. Elementni tiklash uchun siz elektrolitni almashtirishingiz va plitalarni oksidlanishdan tozalashingiz kerak va element yana ishlaydi.
Oksidlanish jarayoni tushirish oqimiga bog'liq; u qanchalik baland bo'lsa, element tezroq ishdan chiqadi, lekin tozalash va zaryadlashdan oldin o'rtacha litrli idishdagi element 50 mA / soat tushirish oqimida taxminan 3-4 oy ishlaydi, va 2- 5 mAh tushirish oqimida bir yil yoki undan ko'proq vaqt davom etadi.Oddiy litrli hujayra hatto oddiy miniatyura radiosini ham quvvatlantirish uchun etarli emas va kerakli xususiyatlarni olish uchun siz bir nechta elementlardan iborat blokni yig'ishingiz kerak. .
Hozirgi vaqtda, asosan, barcha portativ elektronika 3,6-4,5 volt kuchlanish bilan quvvatlanadi va bunday raqamlarni olish uchun siz 4-5 ta bunday elementlarni ketma-ket ulashingiz kerak, agar siz 5 litrli elementlarni ulasangiz, taxminan 3,5-4,8 volt olasiz. , va quvvati 40-50 A / soat gacha ko'tariladi va tushirish oqimi 400-600 mA / soat ga yetishi mumkin, shuning uchun bunday manba kichik radio yoki LED chiroqni yoqish, shuningdek miniatyura telefon batareyalarini zaryadlash bilan osonlikcha bardosh bera oladi. 10-30 soat ichida. Lekin yuqori quvvatli LED yorug'lik va quvvatni kuchaytirish uchun zamonaviy telefonlar va PDAda bunday manbalar etarli bo'lmaydi.
PORTATIB ELEKTRONIKA UCHUN BARAROR UZOQ MUDDATLI AVTONOMY KUCH UCHUN
Sizga kattaroq narsa kerak bo'ladi, masalan, ko'chma ichki makonni barqaror quvvat bilan ta'minlash uchun rasmda ko'rsatilganidek, hajmi 40-50 litr bo'lgan element. LED lampalar va boshqa uskunalar. Elektr energiyasining bunday kimyoviy manbasini yaratish uchun sizga kerak bo'ladi: 20x40 o'lchamdagi 5 ta mis plastinka va 5 ta bir xil sink plitalari, keyin har bir plastinkani lehimlash yoki plastinkaning burchagini egish orqali bosish, simni kiritish va uni tekislash kerak. bolg'a.
Shundan so'ng, plitalarni elektr o'tkazgichlar (yog'och blok yoki plastmassa naycha) orqali bir-biriga mahkamlash kerak, keyin biz ularni elektrolitli idishlarga tushiramiz, bu stol tuzi yoki ammiak eritmasi yoki eritma. sulfat kislota (avtoelektrolit), keyin biz hosil bo'lgan batareyalarni ketma-ket ulaymiz, ya'ni bir elementning mis plitasi simi orqali boshqa elementning sink plastinkasiga ulanadi. Natijada, hosil bo'lgan blokning bir tomonida simli (+) mis plastinka, ikkinchisida esa sink plitasi (-) qoladi. Plitalarning maydoni qanchalik katta bo'lsa va elektrolitlar qanchalik yaxshi bo'lsa, bunday oqim manbasining samaradorligi shunchalik yuqori bo'ladi.
UYDA AYLANGAN MIS BUZILGAN Element
Ushbu uy qurilishi dizaynida, sof sinkning yo'qligi sababli, alyuminiy elektrod ishlatiladi, ammo e.m.f. alyuminiy ruxnikidan past, 0,5 V, ya'ni faqat 0,5 volt berishi mumkin, shuning uchun qurilma 3,5-4 volt kuchlanish uchun 4 ta qutidan emas, balki kamida 3,6 volt olish uchun 6 tadan iborat. .
Ushbu qurilmani sinovdan o'tkazishda yo'q edi o'lchash asboblari, lekin fotosuratdan ko'rinib turibdiki, qurilma 12 LEDning porlashini erkin ta'minlaydi - oqim iste'moli 150-200 mA va mobil telefonni zaryad qiladi - joriy iste'mol taxminan 400 mA.
Sinovdan o'tkazilganda, hujayra 2,40 daqiqada 750 mA quvvatga ega telefon batareyasini zaryad qildi.
Taxminan spetsifikatsiyalar sig'imi 0,33 l bo'lgan 6 ta bankadan iborat hujayra batareyalari: 3,7 volt, kontaktlarning zanglashiga olib keladigan oqimi taxminan 500mA, quvvati 25-30A / soat.
Sinov paytida hujayralar batareyasi bir osh qoshiq vitriolda taxminan 100 soat davomida taxminan 200 mA / soat tushirish oqimida barqaror ishladi, endi qurilma xuddi shunday ishlaydi, ammo oqim ancha past va taxminan 80 mA / ni tashkil qiladi. h, vitriol deyarli sarflanadi, shuning uchun agar siz matematika qilsangiz, unda siz elementlarning odatda ma'lum miqdordagi vitriolda qancha vaqt ishlashini aniqlay olasiz, muayyan qurilmalarni quvvat bilan ta'minlaydi.
ISHLAB CHIQARISH TARTIBI
USHBU DIZAYNDA ALyuminiy konserva (pivo) VA BOSHQA ALyuminiy MAHSULOTLAR ALyuminiy elektrod sifatida foydalanilgan.
AGAR ALyuminiy KONALAR ISHLATILADIGAN BO'LSA, ULAR TOKINI O'TMAGAN BO'LGAN BO'LGAN HIMOYA ICHKI QATTA VA tashqi ko'rsatmalardan ehtiyotkorlik bilan tozalanishi kerak.
Birinchidan, kavanozning ichki yuzasi 3-4 santimetr masofada vazelin yoki cho'chqa yog'i bilan qoplangan. yuqori cheti bankalar, bu tuz kristallarining element idishidan chiqib ketishining oldini olish uchun amalga oshiriladi.
Keyinchalik, silindrning bir tomonida 4-5 mm chuqurlikda ikki marta teshiklar qilishingiz kerak va natijada paydo bo'lgan qavslarni tashqariga egishingiz kerak, shunda silindr ularga, kavanozning bo'yniga osilib, pastki qismiga etib bormaydi. 5 sm jar, ishlab chiqarishdan keyin unga lehim mis sim, bu (+) bo'ladi.
Keyinchalik, diafragma yasaladi, diafragma kartondan yasalgan, karton tsilindr qutining uzunligi bo'ylab yoki bankadan 5 sm qisqaroq qilingan, so'ngra unga karton taglik iplar bilan tikiladi, shunda u erda bo'ladi. bo'shliqlar qolmaydi va tikuv joylari issiq kerosin bilan singdirilgan bo'lib, uning pastki qismini suyuqlik oqmasligi uchun yopishadi.
Keyinchalik, tuzli eritma bilan namlangan bir necha qatlamli pergament yoki gazeta qog'ozi silindrga havo bo'shliqlari qolmasligi uchun mahkam o'raladi va hosil bo'lgan "shisha" mexanik kuch uchun bir necha qatlamlarga o'ralgan mato bilan mahkam o'raladi. .
Keyin shisha yiqilmasligi uchun diafragmaning yuqori qismiga halqa yopishtiriladi yoki tikiladi va biriktirish joylari issiq kerosin bilan qoplanadi, halqada teshik ochiladi, u orqali idishga suv quyiladi va aralashtiriladi. vitriolni aralashtirish uchun kiritiladi.
Keyin diafragmaga osh tuzining eritmasi quyiladi va bir necha soatga qoldirilishi kerak, to'g'ri yig'ilgan diafragma oqmasligi kerak va uning yuzasi faqat nam bo'lishi kerak.Keyin diafragmaning ichki diametri bo'ylab silindrdan yasalgan. rux plitasi; unga mis sim lehimlangan bo'lib, u (-) vazifasini bajaradi, sink tsilindri diafragma ichiga erkin joylashishi kerak, lekin ayni paytda uning devorlariga iloji boricha yaqinroq, ya'ni misga yaqinroq bo'lishi kerak. silindr, ichki qarshilikni kamaytirish va shunga mos ravishda samaradorlikni oshirish uchun.
Elementlarni yig'ish.
Toza idishda, agar 0,5 litr bo'lsa, bir osh qoshiq mis sulfat quying, aralashtirgichni joylashtiring va keyin stol tuzi eritmasi bilan to'ldirilgan diafragmani o'rnating, so'ngra aralashtirgich uchun teshikka suv quying, so'ngra sinkni ichiga soling. diafragma silindr, montajdan so'ng element ishlashga to'liq tayyor, qolgan narsa oddiy batareyalar kabi elementlarni ketma-ket ulash va qurilmalarni quvvatlantirish va zaryad qilishdir.
G'ovakli diafragmani qo'llash elektrolitlarni ajratish, ya'ni vitriol kristallari va sho'rni aralashtirishdan ajratish bilan bog'liq, aks holda vitriol shiddatli reaksiyaga kirishadi va hatto element ishlatilmaganda ham juda tez iste'mol qilinadi. diafragma vitriol oqimi bir xil va tejamkor, bu ta'minlaydi uzoq ish joriy manba - galvanik element..
Elementdan keyin halqa vaqti-vaqti bilan vitriolni to'ldirish, elektrolitlarni o'zgartirish va elektrodlarni oksidlanishdan tozalashdan iborat. Taxminan 600 mA (uyali telefon) joriy iste'moli bilan 4 yarim litrli hujayradan iborat batareya har kuni taxminan 6 soat davomida ishlatilsa, taxminan bir oy davomida bir vitriol (4 osh qoshiq) to'ldirishda ishlaydi. .Quvvat pasayganda, mis sulfat vaqti-vaqti bilan aralashtirgich bilan chayqatiladi.Bir oy davomida ishlaganda, taxminan 100 g vitriol iste'mol qilinadi va 40 g. sink
Eslatma. Agar siz sinkni alyuminiy bilan almashtirsangiz, unda emf dan beri 4 yoki 5 element emas, balki ketma-ket ulangan 6 yoki 7 element kerak bo'ladi. alyuminiy ruxnikidan pastroq va 0,4-0,6 V ni tashkil qiladi.
