Сторінка 58 з 60
Особливості гальванічних елементів як джерел струму, їх переваги та недоліки
В даний час не стоїть питання про отримання за допомогою гальванічних елементів великих кількостей електричної енергії і це навряд чи доцільно, оскільки потреби сучасного суспільства в електроенергії цілком задовольняються за рахунок мережі електропередач. Однак в техніці і побуті постійно зростає число таких приладів, машин і сигнальних пристроїв, для яких потрібні автономні, малогабаритні легкі і надійні джерела струму. Тут можна назвати акумулятори для автомобілів і літаків, джерела струму для електроінструментів, сигнальних пристроїв, транзисторних приймачів, електричних кишенькових ліхтариків, наручних годинників і т.д. і, звичайно ж, для штучних супутників Землі і космічних лабораторій. Гальванічні елементи знаходять також застосування в різних органи безпеки.
Црактіка пред'являє до сучасних гальванічним елементам вельми різноманітні вимоги. Внаслідок все зростаючого і досить різноманітного попиту на гальванічні елементи останнім часом знову розширюються наукові дослідження, спрямовані на розробку нових і вдосконалення старих типів елементів.
Гальванічні елементи як джерела електричної енергії мають істотні переваги: вони можуть бути різних розмірів і форм, не мають макроскопически рухливих, схильних до зносу частин, відносно легкі і автономні, мало чутливі до вібрації і коливань температури, працюють безшумно, добре регулюються. Їх ККД досить високий (до 90%), так як перетворення хімічної енергії в електричну відбувається в них без проміжної теплової стадії, а електродні процеси в деяких випадках близькі до оборотних.
Найважливіші типи гальванічних елементів
Гальванічні елементи, що застосовуються на практиці для отримання електричної енергії, діляться на первинні і вторинні.
Первинні елементи не можуть бути повернуті в робочий стан після того, як їх наповнювач (активна речовина) був уже один раз витрачений. У цьому випадку говорять, що елемент виснажений. У таких елементів можна або щонайменше неекономічно звертати електродний процес, пропускаючи струм в зворотному напрямку. Цей тип зазвичай називають просто елементом.
Вторинні елементи або акумулятори можна регенерувати після виснаження, якщо пропустити через них струм у зворотному напрямку (зарядити), тому що процеси генерації струму, що відбуваються на їх електродах, з хорошим наближенням електрохімічних зверненнями. Принципового розходження між первинними і вторинними елементами немає.
Основними вимогами до гальванічним елементам є наступні: великий термін служби, високі щільність струму і напруга на клемах. Бажано також, щоб вони володіли високим ККД, використовували дешеві активні речовини, мали малі розміри і вага, були прості по пристрою і довговічні.
Основні параметри гальванічних елементів
Розглянемо основні параметри гальванічних елементів.
Електрорушійна сила - різниця потенціалів між електродами гальванічного елемента * коли між електродами і розчином існує рівновага і через елемент не проходить струм. Значення ЕРС не залежить ні від розмірів елемента, ні від його внутрішнього опору, а є лише функцією складу електродів і концентрації електроліту.
Напруга на клемах - різниця потенціалів між полюсами в процесі проходження струму, коли полюса з'єднані між собою через опір. Напруга на клемах менше, ніж ЕРС, причому відмінність між ними тим менше, чим менше внутрішній опір елемента в порівнянні з зовнішнім і чим менше поляризовані електроди.
Внутрішній опір - виражене в Омасі опір електродів і знаходиться між ними розчину електроліту.
Ємність елемента - виражене в кулонах або ампер-годинах кількість електрики, яке елемент здатний віддати при відповідних умовах. У акумуляторів слід відрізняти розрядну ємність від зарядної. Зазвичай ємність висловлюють через електричну енергію і в більшості випадків вимірюють ват-годинах або кіловат-годинах. Ємність елемента даного типу тим більше, чим більша кількість електрохімічних активних речовин, які перетворюють хімічну енергію в електричну, він містить і чим менше щільність генерується струму.
Потужність елемента - це кількість електричної енергії, що отримується за секунду, що дорівнює напрузі на клемах, помноженому на силу струму, яку без шкоди може дати елемент. Максимальна сила струму, яку можна отримати від елемента, визначається цією потужністю, поділеній на напругу на клемах.
Істотним недоліком гальванічних елементів є саморозряд - витрачання ними електрохімічних активних речовин при відсутності зовнішнього струму. Причиною цього може бути-наприклад, розчинення металу електродів внаслідок утворення tax званих локальних елементів, або протікання процесу, що генерує струм, "безпосереднім хімічним" шляхом, або ж недостатня ізолює здатність діелектричних деталей елемента. Саморозряд зменшує термін служби елемента, останній з часом стає непридатним, навіть якщо він взагалі не використовувався для отримання енергії.