15. Химические источники тока (хит) –
Химические источники тока (ХИТ) – электрохимические устройства, в результате работы которых химическая энергия окислительно-восстановительных процессов превращается в электрическую энергию постоянного тока. К ним относятся гальванические элементы, аккумуляторы, топливные элементы.
Основными характеристиками ХИТ являются ЭДС, напряжение, мощность, энергия, которую они отдают во внешнюю цепь, саморазряд.
Химические источники тока должны иметь: как можно большее значение ЭДС; максимально высокие удельные мощность и емкость; по возможности меньшую разность между напряжением источника тока и его ЭДС; максимально низкий саморазряд (потеря емкости ХИТ при разомкнутой цепи).
Гальваническим элементом называется устройство преобразующее энергию химической реакции в электрическую. В основу работы любого гальванического элемента положены два основных условия.
1. Химические реакции должны быть самопроизвольными.
2. Процессы отдачи и присоединения электронов пространственно разделены (чтобы направить поток электронов по металлическим проводникам и получить электрический ток).
Работа гальванического элемента определяется процессами, протекающими на границе электрод – раствор.
Самопроизвольные процессы образования ДЭС и возникновения скачка потенциала лежат в основе работы гальванических элементов.
Если замкнуть цинковую и медную пластины, находящихся в растворах своих солей, металлическим проводником, а растворы – электролитическим мостиком, то электродные равновесия нарушаются и на цинковом электроде начнется процесс окисления металла, а образовавшиеся электроны по внешнему проводнику будут переходить на медную пластину, на которой начнут восстанавливаться ионы меди из раствора:
В результате во внешней цепи возникает направленное движение электронов – электрический ток.
Представленный гальванический элемент, называется элементом Даниэля– Якоби (рис.3.3). Этот элемент является обратимым, так как, в зависимости от условий, электродные реакции могут протекать как в прямом, так и в обратном направлении.
Для осуществления электрохимической реакции необходима некоторая система – электрохимическая (гальваническая) цепь. Основные элементы такой цепи – электроды (проводники I рода), опущенные в растворы или расплавы электролитов (проводники II рода) и возникновение границы раздела фаз между ними. Скачки потенциала возникают не только на границах раздела металл – раствор, но и на других границах раздела фаз. Скачок потенциала на границе двух разнородных металлов называют контактным или вольта – потенциалом 2 V 1, а на границе двух растворов – диффузионным
Сложилась следующая форма записи гальванических цепей. Вначале обычно записывают металл отрицательного электрода. Одной вертикальной чертой обозначают границы фаз между металлом и раствором. Пунктирная вертикальная черта указывает на существование между двумя растворами диффузионного потенциала. Гальваническая цепь, содержащая границу двух растворов, называется цепью с переносом. Схему цепи с переносом изображают следующим образом:
Существуют элементы, в которых источником электрической энергии служат процессы выравнивания концентраций растворов. Они называются концентрационными.
Например, если соединить два серебряных электрода с различной концентрацией солей (а 1 < а 2 )
