Tế bào Galvanic - thiết bị, nguyên tắc hoạt động, loại và đặc điểm chính

Điều kiện tiên quyết cho sự xuất hiện của các tế bào mạ điện. Một chút lịch sử. Năm 1786, giáo sư y học người Ý, nhà sinh lý học Luigi Aloisio Galvani đã phát hiện ra một hiện tượng thú vị: cơ bắp chân sau của một con ếch mới mở được treo trên móc đồng khi nhà khoa học chạm vào chúng bằng dao mổ thép. Galvani ngay lập tức kết luận rằng đây là biểu hiện của "điện động vật".

Sau cái chết của Galvani, Alessandro Volta đương thời của ông, với tư cách là nhà hóa học và vật lý học, sẽ mô tả và công khai một cơ chế thực tế hơn cho sự xuất hiện của dòng điện khi các kim loại khác nhau tiếp xúc.

Volta, sau một loạt các thí nghiệm, sẽ đi đến kết luận rõ ràng rằng dòng điện xuất hiện trong mạch do sự hiện diện của nó trong hai dây dẫn của các kim loại khác nhau được đặt trong một chất lỏng, và điều này hoàn toàn không phải là điện động vật, như Galvani nghĩ. Sự co giật của chân ếch là hậu quả của tác động của dòng điện phát sinh từ sự tiếp xúc của các kim loại khác nhau (móc đồng và dao mổ thép).

Volta sẽ cho thấy những hiện tượng tương tự như Galvani đã thể hiện trên một con ếch đã chết, nhưng trên một điện kế tự chế hoàn toàn vô tri, và vào năm 1800 sẽ đưa ra một lời giải thích chính xác về dòng điện: kim loại ... Do đó, một dòng điện theo hướng này hay hướng khác phát sinh.

Trong một trong những thí nghiệm đầu tiên, Volta đã hạ hai tấm - kẽm và đồng - vào một lọ axit và nối chúng với dây. Sau đó, tấm kẽm bắt đầu tan ra và bọt khí hình thành trên thép đồng. Volta đề nghị và chứng minh rằng dòng điện chạy qua dây dẫn.

Do đó đã được phát minh ra "phần tử Volta" - tế bào mạ điện đầu tiên. Để thuận tiện, Volta đã cho nó hình dạng của một hình trụ thẳng đứng (cột trụ), bao gồm các vòng kẽm, đồng và vải được liên kết với nhau bằng axit. Một cực volt cao nửa mét tạo ra một điện áp nhạy cảm với con người.

Kể từ khi bắt đầu nghiên cứu được đặt bởi Luigi Galvani, cái tên nguồn hóa chất lưu giữ ký ức về anh ấy trong tên của anh ấy

Tế bào mạ điện Là một nguồn hóa học của dòng điện, dựa trên sự tương tác của hai kim loại và / hoặc oxit của chúng trong chất điện phân, dẫn đến sự xuất hiện của dòng điện trong mạch kín. Do đó, trong các tế bào điện, năng lượng hóa học được chuyển đổi thành năng lượng điện.

Các tế bào ngày nay

Các tế bào ngày nay được gọi là pin. Ba loại pin phổ biến là nước muối (khô), kiềm (chúng còn được gọi là kiềm, "kiềm" trong bản dịch từ tiếng Anh - "kiềm") và lithium. Nguyên tắc làm việc của họ giống như mô tả của Volta năm 1800: hai kim loại tương tác qua chất điện phânvà một dòng điện phát sinh trong một mạch kín bên ngoài.

Điện áp pin phụ thuộc vào kim loại được sử dụng và vào số lượng tế bào trong "pin". Pin, không giống như pin, không có khả năng khôi phục tính chất của chúng, vì chúng trực tiếp chuyển đổi năng lượng hóa học, nghĩa là năng lượng của thuốc thử (chất khử và chất oxy hóa) tạo nên pin, thành năng lượng điện.

Các thuốc thử có trong pin được tiêu thụ trong quá trình hoạt động, dòng điện giảm dần, do đó hoạt động của nguồn kết thúc sau khi thuốc thử phản ứng hoàn toàn.

Các nguyên tố kiềm và muối (pin) được sử dụng rộng rãi để cung cấp năng lượng cho nhiều loại thiết bị điện tử, thiết bị vô tuyến, đồ chơi và lithium thường có thể được tìm thấy trong các thiết bị y tế cầm tay như máy đo đường huyết hoặc trong công nghệ kỹ thuật số như máy ảnh.

Pin muối

Các tế bào mangan-kẽm, được gọi là pin muối, là các tế bào mạ kẽm khô, bên trong không có dung dịch điện phân lỏng.

Một điện cực kẽm (+) là một cực âm hình cốc, và hỗn hợp bột của mangan dioxide và than chì đóng vai trò là cực dương. Dòng điện chạy qua một thanh than chì. Là một chất điện phân, bột nhão được sử dụng từ dung dịch amoni clorua với việc thêm tinh bột hoặc bột để làm đặc, do đó không có gì chảy.

Thông thường, các nhà sản xuất pin không chỉ ra thành phần chính xác của các nguyên tố muối, tuy nhiên, pin muối là rẻ nhất, chúng thường được sử dụng trong các thiết bị có mức tiêu thụ điện cực thấp: tính bằng giờ, trong điều khiển từ xa, trong nhiệt kế điện tử, v.v.

 

Khái niệm "công suất danh nghĩa" hiếm khi được sử dụng để mô tả pin mangan-kẽm, vì công suất của chúng phụ thuộc nhiều vào điều kiện và điều kiện hoạt động. Nhược điểm chính của các yếu tố này là tốc độ giảm điện áp đáng kể trong suốt quá trình phóng điện và giảm đáng kể điện dung đầu ra với dòng điện phóng tăng. Điện áp phóng cuối cùng được đặt tùy thuộc vào tải trong khoảng 0,7-1,0 V.

Điều quan trọng không chỉ là cường độ của dòng xả mà còn cả lịch trình thời gian của tải. Với sự phóng điện không liên tục của dòng điện lớn và trung bình, hiệu suất của pin tăng rõ rệt so với hoạt động liên tục. Tuy nhiên, với dòng phóng nhỏ và tháng bị gián đoạn hoạt động, điện dung của chúng có thể giảm do tự xả.

Biểu đồ trên cho thấy đường cong xả của pin muối trung bình trong 4, 10, 20 và 40 giờ để so sánh với pin kiềm, sẽ được thảo luận sau.

Pin kiềm (kiềm)

Pin kiềm là pin điện cực mangan-kẽm, trong đó mangan điôxít được sử dụng làm cực âm, kẽm bột được sử dụng làm cực dương, và dung dịch kiềm được sử dụng làm chất điện phân, thường ở dạng bột kali hydroxit.

Những pin này có một số lợi thế (đặc biệt, dung lượng lớn hơn đáng kể, hiệu suất tốt hơn ở nhiệt độ thấp và dòng tải cao).

Pin kiềm, so với nước muối, có thể cung cấp nhiều dòng điện trong một thời gian dài. Một dòng điện lớn hơn trở nên khả thi vì kẽm được sử dụng ở đây không phải ở dạng thủy tinh, mà ở dạng bột có diện tích tiếp xúc lớn hơn với chất điện phân. Kali hydroxit ở dạng bột nhão được sử dụng làm chất điện phân.

Nhờ vào khả năng của loại tế bào điện này để cung cấp một dòng điện đáng kể (lên đến 1 A) trong một thời gian dài, pin kiềm là phổ biến nhất hiện nay.

Trong đồ chơi điện, trong thiết bị y tế cầm tay, trong thiết bị điện tử, trong máy ảnh, pin kiềm được sử dụng ở mọi nơi. Chúng phục vụ lâu hơn 1,5 lần so với nước muối nếu dòng xả thấp. Biểu đồ cho thấy các đường cong phóng điện ở các dòng điện khác nhau để so sánh với pin muối (biểu đồ được đưa ra ở trên) trong 4, 10, 20 và 40 giờ.

Pin lithium

Một loại tế bào mạ điện khá phổ biến khác là pin lithium - các tế bào mạ điện đơn không thể sạc lại trong đó lithium hoặc các hợp chất của nó được sử dụng làm cực dương. Do sử dụng kim loại kiềm, chúng có sự khác biệt tiềm năng cao.

Cực âm và chất điện phân của một tế bào lithium có thể rất khác nhau, vì vậy thuật ngữ tế bào lithium lithium có thể kết hợp một nhóm các tế bào với cùng một vật liệu cực dương.Như một cực âm, ví dụ, mangan dioxide, carbon monofluoride, pyrite, thionyl clorua, vv có thể được sử dụng.

Pin lithium được phân biệt với các loại pin khác bởi thời gian chạy cao và chi phí cao. Tùy thuộc vào kích thước đã chọn và các vật liệu hóa học được sử dụng, pin lithium có thể tạo ra điện áp từ 1,5 V (tương thích với pin kiềm) đến 3,7 V.

Những pin này có dung lượng cao nhất trên mỗi đơn vị khối lượng và thời hạn sử dụng dài. Pin lithium được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử cầm tay hiện đại: để cung cấp năng lượng cho đồng hồ trên bo mạch chủ máy tính, để cung cấp năng lượng cho các thiết bị y tế cầm tay, đồng hồ, máy tính, trong thiết bị chụp ảnh, v.v.

Biểu đồ trên cho thấy đường cong xả của hai pin lithium từ hai nhà sản xuất phổ biến. Dòng điện ban đầu là 120 mA (mỗi điện trở theo thứ tự 24 Ohms).

Xem thêm: Pin sạc hiện đại - ưu điểm và nhược điểm