химические источники тока

хими́ческие источники тока

ХИМИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ТОКА

устройства, вырабатывающие электрич. энергию за счет прямого преобразования энергии окислит.-восстановит. ("токообразующей") реакции. Основу Х. и. т. составляет ячейка с двумя электродами (один — содержащий окислитель, другой — восстановитель), контактирующими с жидким (иногда твердым) электролитом. Между электродами устанавливается разность потенциалов -эдс, соответствующая изменению энергии Гиббса токообразующей реакции. Действие Х. и. т. основано на протекании при замкнутой внеш. электрич. цепи пространственно разделенных процессов; наотрицат. электроде восстановитель окисляется, образующиеся свободные электроны переходят по внеш. цепи (создавая разрядный ток) к положит, электроду, где участвуют в восстановлении окислителя.

Разрядное напряжение Х. и. т. меньше значения эдс из-за поляризации электродов и внутр. омических потерь, оно зависит от силы разрядного тока. Для увеличения разрядного напряжения используют батареи из необходимою числа последовательно соединенных элементов.

Совокупность реагентов и электролита наз. электрохим. системой. В зависимости от эксплуатац. особенностей и типа электрохим. системы выделяют гальванич. элементы, аккумуляторы и топливные элементы. Гальванические элементы (первичные элементы) содержат определенный запас реагентов, после израсходования которого (после разряда) они становятся неработоспособными. В аккумуляторах (вторичных элементах) при пропускании тока от внеш. источника в обратном направлении происходит зарядка, т. е. регенерация реагентов, в связи с чем аккумуляторы м. б. многократно использованы. Такое деление условно, т. к. некоторые первичные элементы также м. б. частично заряжены. Топливные элементы (электрохим. генераторы) допускают длительную непрерывную работу благодаря постоянному подводу к электродам новых порций реагентов (жидких или газообразных) и отводу продуктов реакции. Существуют Х. и. т. комбинированного типа, содержащие как твердый, так и жидкие или газообразные реагенты. Наиб. известны металловоздушные источники тока, в которых окислителем служит воздух.

Х. и. т. характеризуются рядом параметров: разрядное напряжение, разрядная емкость — количество электричества (в А-ч), отдаваемое во время полного разряда (оно зависит от количества активных реагентов и условий разряда); уд. энергия — элекг-рич. энергия, отдаваемая во время разряда и отнесенная к ед. массы или объема Х. и.т. (Вт ч/кг, Вт-ч/л); уд. мощность -максимально допустимая разрядная мощность, отнесенная к ед. массы или объема Х. и. т. (Вт/кг, Вт/л); срок сохраняемости в заряженном состоянии; срок службы — допустимое число зарядно-разрядных циклов (для аккумуляторов); ре-- длительность работы топливных элементов, таблице приведены основные характеристики ряда Х. и. т. (как промышленно выпускаемых, так и находящихся в стадии разработки). Миниатюрные элементы в наручных электрич. часах работают со ср. мощностью IO"⁵ Вт, а аккумуляторные батареи на подводных лодках развивают мощность до IO⁷ Вт. Масса единичного Х. и. т. колеблется от долей грамма до сотен тонн.

^{ХАРАКТЕРИСТИКИ ХИМИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ ТОКА}

_{°А- серийное производство; Б — опытное производство; В- в стадии разработки (ожидаемые характеристики). ⁶ Сохраняемость, годы. ' Срок службы, циклы.' Pecvoc работы, тысячи часов. ^}

_{Примечание: характеристики (особенно уд. мощность) ориентировочные, т. к. данные разных фирм не совпадают.}

Первые Х. и. т. были созданы в нач. 19 в. (вольтов столб, 1800; Даниеля-Якоби элемент, 1836, и др.). До 60-х гг. 19 в. Х. и.т. были единственными источниками электроэнергии для питания электрич. приборов и для лаб. нужд. C нач. 20 в. их производство непрерывно расширяется в связи с развитием радиотехники и автомобильного транспорта.

До сер. 20 в. промышленность выпускала небольшое количество типов гальванич. элементов и аккумуляторов, в которых в качестве окислителей использовали PbO₂, NiOOH, MnO₂ и CuO, в качестве восстановителей — металлич. Pb, Cd, Fe, Zn. Электролитами служили водные растворы щелочей, кислот или солей. Стремление к повышению эксплуатац. характеристик (в частности, из-за развития ракетной и космич, техники) привело к развитию Х. и. т. на основе более активных электрохим. систем и новых конструктивных принципов. Для предотвращения побочных хим. процессов в резервных Х.и.т. высокоактивные реагенты и электролит приводятся в соприкосновение (активируются) только непосредственно перед началом разряда; в неактивир. состоянии они допускают длительное (10—15 лет) хранение. В др. вариантах Х.и.т. используют неводные электролиты (на основе орг. растворителей, расплавов или твердых соед.), в которых в качестве восстановителей можно применять щелочные металлы (они бурно реагируют с водными растворами). Широкое распространение получили литиевые элементы с неводными растворителями типа пропиленкарбоната или тионилхлорида.

Х. и. т. используют во мн. областях техники и народного хозяйства, напр. гальванич. элементы — для автономного питания переносных радиоприемников, стартерные аккумуляторные батареи — для автомобилей. Количество первичных элементов и аккумуляторов, изготовляемых ежегодно во всем мире, исчисляется миллиардами.

^{Лит.: Романов В.В., Хашев Ю.М., Химические источники тока, 2 изд., М., 1978;- Багоцкий В. C., Скундин А.М., Химические источники тока, М., 1981.}

_{В. С. Багоцкий}