Cari qaynaqlar kimyəvidır. Kimyəvi qaynaq növləri və onların qurğuları

Cari kimyəvi maddələrin qaynaqları (HİT üçün qısa) - Oksidləşmə-azaldılması reaksiyasının enerjisinin elektrikə çevrildiyi cihazlar. Digər adlar elektrokimyəvi bir hüceyrə, bir galvanik hüceyrə , elektrokimyəvi bir hüceyrədir. Onların fəaliyyət prinsipi aşağıdakılardır: iki reaktivin qarşılıqlı təsirləri nəticəsində, sabit bir elektrik cərəyanının enerjisinin sərbəst buraxılması ilə kimyəvi reaksiya baş verir. Digər cari mənbələrdə elektrik enerjisi istehsalı prosesi bir çox mərhələli sxem əsasında həyata keçirilir. Birincisi, istilik enerjisi sərbəst buraxılır, sonra mexaniki bir vəziyyətə çevrilir və yalnız sonra elektrik birinə çevrilir. HİT-in üstünlüyü bir addımlı prosesdir, yəni elektrik enerjisinin istilik və mexaniki enerjinin əldə edilməsi mərhələlərini atlayaraq dərhal əldə edilir .

Tarix

Cari ilk mənbələr necə görünürdü? Kimyəvi qaynaqlar XVIII əsrin İtalyan alimi Luigi Galvaninin şərəfinə galvanik elementlər adını almışdır. Həkim, anatomist, fiziolog və fizik idi. Onun tədqiqat istiqamətlərindən biri müxtəlif xarici təsirlərə heyvan reaksiyalarının öyrənilməsi idi. Elektrik qazanmağın kimyəvi üsulu Galvani tərəfindən qurbağalar üzrə sınaqlardan birində təsadüfən aşkar edilmişdir. O, iki metal plitəni qurbağa ayağındakı çılpaq sinirlərə bağladı. Eyni zamanda, bir əzələ daralması meydana gəldi. Bu fenomen Galvaninin öz izahatı səhv idi. Amma təcrübələrini və müşahidələrinin nəticələrinə sonrakı tədqiqatlarda köməkçisi Alessandro Volta kömək etdi.

Volta bir qurbağanın əzələ toxuması ilə təmasda iki metal arasındakı kimyəvi reaksiya nəticəsində elektrik cərəyanın meydana gəlməsi nəzəriyyəsini əsərlərində təqdim etdi. Cari ilk kimyəvi qaynaq duzlu bir konteynerə bənzəyir, sink və mis ilə örtülmüşdür.

Saniyə miqyasında, HIT 19-cu əsrin ikinci yarısında istehsal olunmağa başlamışdı. Bununla yanaşı, başlıca manqan-sink elementini duz elektroliti ilə təqlid edən fransız Leclanche sayəsində adlandırmışdı. Bir neçə ildən sonra bu elektrokimyəvi hüceyrə başqa bir alim tərəfindən yaxşılaşdırılıb və 1940-cı ilə qədər mövcud olan yeganə əsas kimyəvi mənbəyidir.

HİT əməliyyatının aparatı və prinsipi

Cari kimyəvi mənbələrdən istifadə olunan cihazda iki elektrod (birinci növ kondüktörlər) və aralarında yerləşən elektrolit (ikinci növlü bir iletken və ya ion ötürücü) daxildir. Aralarında sərhəddə elektron potensial var. Azaldıcı maddənin oksidləşdiyi elektrod anot adlanır, oksidantın azaldılması isə katoddur. Elektrolit ilə birlikdə elektrokimyəvi sistem təşkil edirlər.

Elektrodlar arasında oksidləşmə-azaldılması reaksiyasının yan təsiri elektrik cərəyanının meydana gəlməsidir. Bu reaksiya zamanı, azaldıcı maddə oxidləşdirir və elektronları oxidantlara verir və onları alır və bərpa edir. Katod və elektrolit anodu arasında mövcudluq reaksiyanın zəruri şərtidir. Əgər sadəcə tozları iki müxtəlif metaldən birləşdirirsinizsə, heç bir elektrik buraxılmayacaq, bütün enerji istilik kimi buraxılacaq. Elektron transfer prosesini sifariş etmək üçün elektrolitə ehtiyac duyulur. Çox vaxt keyfiyyəti şoran həll və ya əriməsidir.

Elektrotlar metal plitələr və ya lattalar kimi görünür. Elektrolitə daxil olduqda, onların arasında elektrik potensialı fərqlənir - açıq dövrənin gərginliyi. Anod elektronları və katodları qəbul etmələrinə qayıtmağa məcbur olur. Səthində kimyəvi reaksiyalar başlayır. Döngə açıldığında və reaktiflərdən biri istehlak edildikdə dayandırırlar. Elektron elektrodlardan və ya elektrolitlərdən biri çıxarıldığı zaman açılır.

Elektrokimyəvi sistemlərin tərkibi

Oxidizatorlar kimi kimyəvi cərəyanın qaynaqları oksigen tərkibli oksidlər, tuzlar, oksigen, halidlər, yüksək metal oksidləri, nitroorqanik birləşmələr və s. Istifadə edirlər. Qaytaran maddələr metallar və onların aşağı oksidi, hidrogen və hidrokarbon birləşmələridir. Elektrolitlər necə istifadə olunur:

1. Asitlərin, alkalilərin, duzun və s.
2. Üzvi və ya qeyri-üzvi həlledicilərdə duzların həll edilməsi nəticəsində əldə edilən ion ötürücülüyə malik olmayan sulu həll.
3. Duzların əriməsi.
4. İonların biri mobil olduğu bir ion qəfəs ilə qatı birləşmələr.
5. Matrix elektrolitlər. Bunlar sıx həllər və ya bir elektrik daşıyıcısı olan bir bərk olmayan ötürücü orqanının məsamələrində olan ərimələrdir.
6. İyon elektrolit mübadiləsi. Bunlar eyni işarənin sabit ionogenik qrupları olan bərk birləşmələrdir. Başqa bir işarənin ionları eyni zamanda mobildır. Bu xüsusiyyət belə bir elektrolit birbaşa əlaqəli keçir.

Galvanik batareyalar

Kimyəvi cərəyanın mənbələri galvanik hüceyrələrdən ibarətdir - hüceyrələr. Bu hüceyrələrdən birində gərginlik kiçikdir - 0,5-dən 4 V-ə qədərdir. Lazımdan asılı olaraq, HIT bir neçə seriya ilə əlaqəli elementlərdən ibarət bir galvanik batareyadan istifadə edir. Bəzən bir neçə elementin paralel və ya paralel əlaqəsi istifadə olunur. Ardıcıl bir dövrədə yalnız eyni əsas hüceyrələr və ya akkumulyatorlar da daxil edilir. Elektrokimyəvi sistem, dizayn, texnoloji variant və ölçüsü eyni parametrlərə malik olmalıdır. Paralel əlaqə üçün, müxtəlif ölçülü elementlərin istifadəsi məqbuldur.

HIT təsnifatı

Cari kimya qaynaqları fərqlidir:

• Ölçü;
• Tikinti;
• Reaktivlər;
• Enerji meydana gətirən reaksiyanın təbiəti.

Bu parametrlər müəyyən bir tətbiq üçün uyğun olan HİT-lərin əməliyyat xüsusiyyətlərini müəyyənləşdirir.

Elektrokimyəvi hüceyrələrin təsnifatı cihazın iş prinsipi fərqinə əsaslanır. Bu xüsusiyyətlərdən asılı olaraq aşağıdakıları ayırın:

1. Cari ilkin kimyəvi qaynaqlar tək hərəkətin elementləridir. Onlarda reaksiyalar zamanı tükənən reaktivlərin müəyyən hissəsi var. Tam axıdmadan sonra bu hüceyrə işlədilir. Başqa bir şəkildə, əsas HIT'lara galvanik hüceyrələr deyilir. Onları sadəcə zəng etmək düzgün olar - bir element. Birincil enerji mənbəyinin ən sadə nümunələri "batareya" AAdır.
2. Akkumulyatorun təkrar doldurulan kimyəvi qaynaqları - akkumulyatorlar (ikinci, reversible HIT-lər də adlandırılır) yenidən istifadə edilə bilən elementlərdir. Tam boşalmadan sonra batareyanın arxa hissəsində cərəyan edən xarici cərəyandan ötürü, istehlak edilmiş reagentlər yenidən formalaşır, kimyəvi enerjiyə (şarj) yenidən yığılır. Xarici sabit cərəyan qaynağından şarj olma ehtimalı səbəbindən, bu cihaz uzun müddətdir, şarj edilməməsi üçün fasilələrlə istifadə olunur. Elektrik istehsal prosesi batareya axıdılması adlanır. Belə HİT üçün bir çox elektron qurğunun (noutbuk, mobil telefon və s.) Güc elementlərini daşımaq mümkündür.
3. Cari termal kimyəvi mənbələr davamlı fəaliyyət aparatlarıdır. İşlərinin gedişində reaktivlərin yeni hissəsi davamlı təmin edilir və reaksiya məhsulu çıxarılır.
4. Kombinə edilmiş (yarı-yanacaqlı) galvanik hüceyrələrdə reaktivlərdən birinin ehtiyatı vardır. İkincisi, cihazdan kənardan qidalanır. Cihazın ömrü ilk reaktifin ehtiyatına bağlıdır. Kombinasiya edilmiş elektrik cərəyanının elektrik mənbələri akkumulyator kimi istifadə edilərsə, onların yükünü xarici mənbədən ötürərək yenidən bərpa etmək olar.
5. HİT yenilənnəcikləri mexaniki və ya kimyəvi cəhətdən şarj edilir. Onlar üçün, tam axıdmadan sonra istehlak edilən reagentləri yeni hissələrlə əvəz etmək mümkündür. Yəni, onlar davamlı qurğular deyil, ancaq akkumulyatorlar kimi, dövri olaraq doldururlar.

HİT xüsusiyyətləri

Cari kimyəvi mənbələrin əsas xüsusiyyətləri aşağıdakılardır:

1. Açıq dövr gərginliyi (NDC və ya boşaldılma gərginliyi). Bu göstərici, ilk növbədə, seçilmiş elektrokimyəvi sistemə (bir azaldıcı maddənin, bir oksidləşdirici və elektrolitin birləşməsi) bağlıdır. Həmçinin, elektrolit konsentrasiyası, axıdılma dərəcəsi, temperatur və digərlər NRC-ə təsir göstərir. NDC HİT vasitəsilə axan cari dəyərdən asılıdır.
2. Güc.
3. Boşalma cərəyanı xarici dövrənin müqavimətindən asılıdır.
4. Kapasite - tamamilə boşaldıqda HİT-in verdiyi maksimum elektrik miqdarı.
5. Enerji saxlanması cihaz tamamilə boşaldıqda alınan maksimum enerjidir.
6. Enerji xüsusiyyətləri. Batareyalar üçün, bu, ilk növbədə, yüklənmə və ya yükləmə zəifliyini (resurs) azaltmadan zəmanət verilmiş boşluq dövründən ibarətdir.
7. Səmərəliliyin temperaturu.
8. Rəf ömrü istehsalı və cihazın ilk rəqəmi arasında maksimum icazə verilən vaxtdır.
9. Xidmət ömrü maksimum icazə verilən ümumi müddəti və işidir. Yanacaq hüceyrələri üçün, xidmət müddəti davamlı və aralıq vəziyyətdə olan əməliyyatda vacibdir.
10. Bütün ömür boyu verilmiş ümumi enerji.
11. Titrəmə, şok və s. Ilə bağlı mexaniki qüvvə
12. Hər hansı bir mövqedə çalışmaq bacarığı.
13. Etibarlılıq.
14. Qorumağı asan.

HİT üçün tələblər

Elektrokimyəvi hüceyrələrin dizaynı reaksiyanın ən effektiv gedişinə kömək edən şərtləri təmin etməlidir. Bu şərtlərə aşağıdakılar daxildir:

• Sızıntı akımının qarşısının alınması;
• Vahid iş;
• Mexanik gücü (darlıq daxil olmaqla);
• Reaktiflərin ayrılması;
• Elektrodlar və elektrolit arasında yaxşı əlaqə;
• Cari reaksiya zonasından minimal zərərlərlə xarici terminala çıxarılır.

Cari kimyəvi maddələri aşağıdakı ümumi tələblərə cavab verməlidir:

• Xüsusi parametrlərin ən yüksək dəyərləri;
• Əməliyyatın maksimum temperaturu;
• Ən böyük stress;
• Enerji biriminin minimum dəyəri;
• Gərginlik sabitliyi;
• Əmək haqqı;
• Təhlükəsizlik;
• Xidmətin sadəliyi, idealdır, ona ehtiyac yoxdur;
• Uzun xidmət müddəti.

HİT əməliyyatları

Birincil galvanik hüceyrələrin əsas üstünlüyü ondan ibarətdir ki, hər hansı bir təmirə ehtiyac yoxdur. Onları istifadə etməzdən əvvəl, görünüşü, son istifadə tarixini yoxlamaq lazımdır. Qoşulma zamanı polariteyi müşahidə etmək və cihazın kontaktlarının bütövlüyünü yoxlamaq vacibdir. Cari batareyaların daha mürəkkəb kimyəvi mənbələri daha ciddi qayğı tələb edir. Onların xidmətinin məqsədi xidmət müddətini maksimum dərəcədə artırmaqdır. Batareyaya qulluq:

• Təmizliklə təmin olunması;
• Açıq dövrə geriliminin monitorinqi;
• Elektrolit səviyyəsinin saxlanılması (yalnız təzə edilmiş su doldurulması üçün istifadə edilə bilər);
• Elektrolit konsentrasiyasının idarə edilməsi (bir hidrometre istifadə - sıvıların sıxlığını ölçmək üçün sadə bir cihaz).

Qalvanik hüceyrələri işləyərkən, elektrik cihazlarının təhlükəsiz istifadəsinə aid bütün tələblərə riayət etmək lazımdır.

Elektrokimyəvi sistemləri ilə HIT təsnifatı

Sistemə asılı olaraq cari kimyəvi mənbələrin növləri:

• Qurğuşun (turşu);
• Nikel-kadmiyum, nikel-dəmir, nikel-sink;
• Manqan-sink, mis-sink, civə-sink, xlor-sink;
• Gümüş-sink, gümüş-kadmiyum;
• Hava metal;
• Nikel-hidrojen və gümüş-hidrojen;
• Manqan maqnezi;
• Lityum və s.

HİT-in müasir tətbiqi

Cari, kimyəvi mənbələr Hal hazırda tətbiq olunur:

• Nəqliyyat vasitələri;
• Portativ cihazlar;
• Hərbi və kosmos texnologiyası;
• Elmi avadanlıqlar;
• Tibb (pacemakers).

HİT-in gündəlik həyatında tanış olan nümunələri:

• Batareyalar (quru batareyalar);
• Daşınan məişət texnikası və elektronikanın batareyaları;
• Kesintisiz enerji təchizatı;
• Avtomobil batareyaları.

Lityum kimya qaynaqları xüsusilə geniş yayılmışdır. Bu lityumun (Li) ən yüksək xüsusi enerjiyə malik olması ilə bağlıdır. Əslində, bütün digər metallar arasında ən mənfi elektrot potensialına malikdir . Lityum-ion batareyaları (LIA) xüsusi enerji və əməliyyat gərginliyi baxımından bütün digər HİT-dən daha üstündür. İndi onlar tədricən yeni bir sahə - avtomobil nəqliyyatını mənimsəmişlər. Gələcəkdə, lityum batareyalarının təkmilləşdirilməsi ilə əlaqədar alimlərin inkişafı ultra ince strukturlar və böyük tutumlu supercharged batareyalar istiqamətində hərəkət edəcək.