Nguồn hóa chất: đặc điểm chính

Trong hơn hai thế kỷ, nhân loại đã sử dụng năng lượng của các phản ứng hóa học giữa các chất khác nhau để tạo ra dòng điện trực tiếp.

Nguyên tắc làm việc

Phản ứng oxi hóa khử xảy ra giữa các chất có tính chất của chất oxi hóa và chất khử đi kèm với sự giải phóng electron, chuyển động tạo thành dòng điện. Tuy nhiên, để sử dụng năng lượng của nó, cần tạo điều kiện cho các electron đi qua mạch ngoài, nếu không, nó được giải phóng bằng nhiệt từ hỗn hợp đơn giản của chất oxy hóa và chất khử.

Do đó, tất cả các nguồn hóa chất có hai điện cực:

• cực dương trên đó xảy ra quá trình oxy hóa;

• cực âm thực hiện việc khử một chất.

Các điện cực ở khoảng cách xa được đặt trong một bình chứa chất điện phân - một chất dẫn dòng điện do các quá trình phân ly môi trường thành các ion.

Nguyên lý chuyển đổi năng lượng hóa học thành năng lượng điện

Hình vẽ cho thấy các điện cực được đặt trong các mạch riêng biệt được nối với nhau bằng cầu muối thông qua đó chuyển động của các ion dọc theo mạch bên trong được tạo ra. Khi các mạch bên ngoài và bên trong mở, hai quá trình xảy ra trên các điện cực: sự chuyển đổi các ion từ kim loại của điện cực sang chất điện phân và sự chuyển đổi các ion từ điện phân sang mạng tinh thể của các điện cực.

Tốc độ dòng chảy của các quá trình này là như nhau và tiềm năng điện áp của các dấu hiệu ngược lại được tích lũy trên mỗi điện cực. Nếu chúng được kết nối thông qua một cây cầu muối và tải được áp dụng, một mạch điện sẽ xảy ra. Một dòng điện bên trong được tạo ra bởi sự chuyển động của các ion giữa các điện cực thông qua chất điện phân và cầu muối. Sự chuyển động của các electron dọc theo mạch ngoài theo hướng từ cực dương đến cực âm.

Hầu như tất cả các phản ứng oxi hóa khử đều đi kèm với phát điện. Nhưng giá trị của nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm khối lượng và khối lượng của các hóa chất được sử dụng, các vật liệu được sử dụng để chế tạo các điện cực, như chất điện phân, nồng độ ion, thiết kế.

Được sử dụng rộng rãi nhất trong các nguồn hóa chất hiện đại là:

• đối với vật liệu của cực dương (chất khử) - kẽm (Zn), chì (Pb), cadmium (Cd) và một số kim loại khác;

• đối với vật liệu catốt (chất oxy hóa) - oxit chì PbO2, oxit mangan MnO2, niken hydroxit NiOOH và các loại khác;

• điện giải dựa trên dung dịch axit, kiềm hoặc muối.

Phương pháp phân loại

Một phần của các nguồn năng lượng hóa học có thể được tái sử dụng, trong khi phần còn lại thì không thể. Nguyên tắc này được lấy làm cơ sở cho phân loại của họ.

Phân loại nguyên tố hóa học

Lực điện động tế bào mạ điện, tùy thuộc vào thiết kế, đạt 1,2 ÷ 1,5 volt. Để có được giá trị lớn, chúng được kết hợp thành pin, kết nối theo chuỗi. Khi pin được kết nối song song, dòng điện và công suất tăng.

Nhìn chung, người ta chấp nhận rằng các nguồn hóa chất chính không hỗ trợ sạc lại, mặc dù chính xác hơn là vị trí này có thể được định dạng khác: việc thực hiện nó không khả thi về mặt kinh tế.

Các nguồn hóa chất sơ cấp dự phòng được lưu trữ trong trạng thái mà chất điện phân được phân lập từ các điện cực. Điều này giúp loại bỏ sự xuất hiện của phản ứng oxi hóa khử và đảm bảo sẵn sàng cho vận hành. Chúng không được tái sử dụng. Thời hạn sử dụng của các nguồn năng lượng dự phòng hóa học được giới hạn trong 101515 năm.

Pin được sạc thành công nhờ ứng dụng năng lượng điện bên ngoài. Do tính năng này, chúng được gọi là nguồn hiện tại thứ cấp. Họ có thể chịu được hàng trăm và hàng ngàn chu kỳ phóng điện.EMF của pin có thể nằm trong phạm vi 1,0 ÷ 1,5 volt. Chúng cũng được kết hợp thành pin.

Máy phát điện hóa hoạt động theo nguyên tắc của các tế bào điện, nhưng để thực hiện phản ứng điện hóa, các chất đến từ bên ngoài và tất cả các sản phẩm được giải phóng được loại bỏ khỏi chất điện phân. Điều này cho phép bạn tổ chức một quá trình liên tục.

Đặc điểm hiệu suất chính của nguồn năng lượng hóa học

1. Điện áp trên các thiết bị đầu cuối mở

Tùy thuộc vào thiết kế, một nguồn duy nhất có thể chỉ tạo ra một sự khác biệt tiềm năng nhất định. Để sử dụng trong các thiết bị điện, chúng được kết hợp vào pin.

2. Năng lực cụ thể

Trong một thời gian nhất định (tính bằng giờ), một nguồn dòng hóa chất có thể tạo ra một lượng dòng giới hạn (tính bằng ampe), được quy cho một đơn vị trọng lượng hoặc thể tích.

3. Mật độ năng lượng

Nó đặc trưng cho khả năng của một đơn vị trọng lượng hoặc thể tích của nguồn dòng hóa chất để tạo ra năng lượng được tạo ra bởi sản phẩm của điện áp bằng cường độ dòng điện.

4. Thời gian hoạt động

Tham số này cũng được gọi là ngày hết hạn.

5. Giá trị của dòng điện tự xả

Các quá trình phụ của các phản ứng điện hóa dẫn đến việc tiêu thụ khối lượng hoạt động của các nguyên tố, gây ra sự ăn mòn và làm giảm công suất cụ thể.

6. Giá sản phẩm

Phụ thuộc vào thiết kế, vật liệu được sử dụng và một số yếu tố khác.

Các nguồn hóa chất tốt nhất là những nguồn có giá trị cao của bốn thông số đầu tiên, và tự xả và chi phí thấp.

Nguyên tắc sạc pin

Trong số các nguồn hóa chất thứ cấp đang được phổ biến lớn mô hình ion lithium, đã được sử dụng rộng rãi để cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử. Họ sử dụng LiMO2 (M Co, Ni, Mn) làm vật liệu của điện cực dương và than chì làm âm tính.

Khi tích điện, các ion lithium từ năng lượng bên ngoài ứng dụng được giải phóng khỏi kim loại catốt, đi qua chất điện phân và thâm nhập vào không gian giữa các lớp than chì, tích tụ ở đó.

Khi năng lượng bộ sạc không có, và tải được kết nối với các điện cực, sau đó các ion lithium trong chất điện phân di chuyển theo hướng ngược lại.

Nếu việc sạc và xả không được thực hiện, thì năng lượng trong pin không được tiêu thụ mà được lưu trữ. Nhưng số lượng của nó bị giới hạn bởi các tính chất của vật liệu được sử dụng. Ví dụ, trong pin lithium-ion, công suất điện cụ thể là 130 ÷ 150 mAh / g. Nó bị giới hạn bởi các tính chất của vật liệu anode. Đối với than chì, công suất cao hơn khoảng hai lần.

Các nhà khoa học hiện đang tìm cách để tăng dung lượng pin, đang khám phá khả năng sử dụng phản ứng hóa học giữa lithium và oxy trong không khí. Để làm điều này, các thiết kế được phát triển với một cực âm không khí, không thể sử dụng, được sử dụng trong các pin riêng biệt. Phương pháp này có thể tăng mật độ năng lượng lên tới 10 lần.

Hoạt động của các nguồn hiện tại hóa học đòi hỏi kiến ​​thức nguyên tắc cơ bản của kỹ thuật điện, điện hóa học, khoa học vật liệu và vật lý chất rắn.

Comments

[#1]

Ông biết một nửa bài viết, và rất tốt.