Qalvanik hüceyrələrin yaranması üçün ilkin şərtlər. Bir az tarix. 1786-cı ildə italyan tibb professoru, fizioloq Luici Aloisio Qalvani maraqlı bir hadisə kəşf etdi: mis qarmaqlara asılmış təzəcə açılmış qurbağa cəsədinin arxa ayaqlarının əzələləri alim onlara polad neştər ilə toxunduqda büzülür. Galvani dərhal belə nəticəyə gəldi ki, bu, “heyvan elektrikinin” təzahürüdür.

Qalvaninin ölümündən sonra onun müasiri Alessandro Volta kimyaçı və fizik olmaqla, onun meydana gəlməsinin daha real mexanizmini təsvir edəcək və ictimaiyyətə nümayiş etdirəcək. elektrik cərəyanı təmasda müxtəlif metallar.

Volta, bir sıra təcrübələrdən sonra birmənalı nəticəyə gələcək ki, cərəyan dövrədə bir mayeyə yerləşdirilən müxtəlif metallardan hazırlanmış iki keçiricinin olması səbəbindən görünür və bu, heç də "heyvan elektrik" deyil. Galvaninin düşündüyü kimi. Qurbağanın ayaqlarının seğirməsi müxtəlif metallar (mis qarmaqlar və polad neştər) təmasda olduqda baş verən cərəyanın təsirinin nəticəsi idi.

Volta Galvaninin ölü bir qurbağada nümayiş etdirdiyi eyni hadisələri, lakin tamamilə cansız evdə hazırlanmış elektrometrdə göstərəcək və 1800-cü ildə cərəyanın baş verməsi üçün dəqiq izahat verəcəkdir: “ikinci dərəcəli bir keçirici (maye) içərisindədir. orta və iki müxtəlif metaldan birinci sinif iki keçirici ilə təmasdadır ... Nəticədə, bir və ya digər istiqamətdə elektrik cərəyanı yaranır.

İlk təcrübələrdən birində Volta iki boşqab sink və misi turşu bankasına endirib onları məftillə birləşdirdi. Bundan sonra sink boşqab əriməyə başladı və mis poladda qaz baloncukları meydana çıxdı. Volta elektrik cərəyanının naqildən keçməsini təklif etdi və sübut etdi.

"Volta elementi" belə icad edildi - ilk qalvanik element. Rahatlıq üçün Volta ona turşu ilə hopdurulmuş sink, mis və parçanın bir-birinə bağlı halqalarından ibarət şaquli silindr (sütun) formasını verdi. Yarım metr yüksəklikdə olan bir voltaik sütun insanlar üçün həssas olan bir gərginlik yaratdı.

Tədqiqatın başlanğıcı Luigi Galvani tərəfindən qoyulduğundan, ad da öz adında onun xatirəsini saxladı.

Galvanik hüceyrə iki metalın və/və ya onların oksidlərinin elektrolitdə qarşılıqlı təsirinə əsaslanan, qapalı dövrədə elektrik cərəyanının yaranmasına səbəb olan kimyəvi elektrik cərəyanı mənbəyidir. Beləliklə, qalvanik elementlərdə kimyəvi enerji elektrik enerjisinə çevrilir.

Galvanik hüceyrələr Bu gün

Galvanik hüceyrələr bu gün batareyalar adlanır. Üç növ akkumulyator geniş yayılmışdır: salin (quru), qələvi (onlara qələvi də deyilir, ingiliscə "qələvi" - "qələvi") və litium. Onların işləmə prinsipi hələ də eynidir, 1800-cü ildə Volta tərəfindən təsvir edilmişdir: iki metal və xarici bir qapalı dövrədə elektrik cərəyanı yaranır.

Batareyanın gərginliyi həm istifadə olunan metallardan, həm də "batareyada" olan hüceyrələrin sayından asılıdır. Batareyalar, batareyalardan fərqli olaraq, öz xüsusiyyətlərini bərpa etmək iqtidarında deyil, çünki onlar birbaşa kimyəvi enerjini, yəni batareyanı təşkil edən reagentlərin (reduktiv və oksidləşdirici) enerjisini elektrik enerjisinə çevirirlər.

Batareyaya daxil olan reagentlər onun işləməsi zamanı sərf olunur, cərəyan isə tədricən azalır, buna görə də reagentlər tam reaksiya verdikdən sonra mənbə bitir.

Qələvi və duz elementləri (batareyalar) müxtəlif elektron cihazları, radio avadanlıqlarını, oyuncaqları gücləndirmək üçün geniş istifadə olunur və litium batareyalar ən çox qlükometrlər kimi portativ tibbi cihazlarda və ya kameralar kimi rəqəmsal texnologiyada tapılır.

Duzlu akkumulyatorlar adlanan manqan-sink elementləri içərisində maye elektrolit məhlulu olmayan "quru" qalvanik hüceyrələrdir.

Sink elektrodu (+) stəkan formalı katoddur, anod isə manqan dioksid və qrafitin toz qarışığıdır. Cərəyan qrafit çubuğundan keçir. İstifadə olunan elektrolit, qatılaşmaq üçün nişasta və ya un əlavə edilmiş ammonium xlorid məhlulu pastasıdır ki, heç bir şey axmasın.

Tipik olaraq, batareya istehsalçıları duz hüceyrələrinin dəqiq tərkibini siyahıya salmırlar, lakin duzlu batareyalar ən ucuzdur, onlar adətən enerji istehlakının son dərəcə aşağı olduğu cihazlarda istifadə olunur: saatlarda, pultlarda, elektron termometrlərdə və s.

Manqan-sink batareyalarını xarakterizə etmək üçün "nominal tutum" anlayışı nadir hallarda istifadə olunur, çünki onların tutumu rejimlərdən və iş şəraitindən çox asılıdır. Bu elementlərin əsas çatışmazlıqları axıdılması zamanı gərginliyin əhəmiyyətli dərəcədə azalması və axıdma cərəyanının artması ilə çıxış qabiliyyətinin əhəmiyyətli dərəcədə azalmasıdır. Son boşalma gərginliyi 0,7-1,0 V aralığında yükdən asılı olaraq təyin edilir.

Yalnız boşalma cərəyanının böyüklüyü deyil, həm də yükün vaxt cədvəli vacibdir. Yüksək və orta cərəyanlarla aralıq boşalma ilə batareyaların performansı davamlı işləmə ilə müqayisədə nəzərəçarpacaq dərəcədə artır. Bununla belə, aşağı boşalma cərəyanları və istismarda bir çox ay fasilələri zamanı öz-özünə boşalma nəticəsində onların tutumu azala bilər.

Yuxarıdakı qrafik qələvi akkumulyatorla müqayisədə orta duz batareyası üçün 4, 10, 20 və 40 saatda boşalma əyrilərini göstərir, bunlar daha sonra müzakirə olunacaq.

Qələvi akkumulyator katod kimi manqan dioksidi, anod kimi toz sink və elektrolit kimi adətən kalium hidroksid pastası şəklində qələvi məhlulunu istifadə edən manqan-sink elektrokimyəvi hüceyrədir.

Bu batareyaların bir sıra üstünlükləri var (xüsusilə, əhəmiyyətli dərəcədə yüksək tutum, ən yaxşı iş saat aşağı temperaturlar və yüksək yük cərəyanlarında).

Qələvi batareyalar, duzlu batareyalarla müqayisədə, uzun müddət daha çox cərəyan təmin edə bilər. Daha yüksək cərəyan mümkün olur, çünki sink burada şüşə şəklində deyil, toz şəklində istifadə olunur. daha böyük sahə elektrolit ilə əlaqə. Kalium hidroksid pasta şəklində elektrolit kimi istifadə olunur.

Bu tip qalvanik elementlərin uzun müddət ərzində əhəmiyyətli cərəyan (1 A-a qədər) ötürmə qabiliyyətinə görə qələvi batareyalar hazırda ən çox yayılmışdır.

Elektrikli oyuncaqlarda, portativdə tibbi texnologiya, elektron cihazlarda, kameralarda - qələvi batareyalar hər yerdə istifadə olunur. Boşaltma aşağı cərəyandırsa, duzdan 1,5 dəfə daha uzun müddət xidmət edirlər. Qrafikdə 4, 10, 20 və 40 saatlıq duz batareyası (qrafik yuxarıda verilmişdir) ilə müqayisə etmək üçün müxtəlif cərəyanlarda boşalma əyriləri göstərilir.

Litium batareyaları

Galvanik hüceyrələrin başqa bir kifayət qədər yayılmış növü litium batareyalarıdır - litium və ya onun birləşmələrinin anod kimi istifadə edildiyi tək təkrar doldurulmayan qalvanik hüceyrələr. Qələvi metalın istifadəsi səbəbindən onlar yüksək potensial fərqə malikdirlər.

Litium hüceyrəsinin katodu və elektroliti çox fərqli ola bilər, buna görə də "litium hüceyrəsi" termini eyni anod materialı olan bir qrup hüceyrəni birləşdirir. Məsələn, katod kimi manqan dioksid, karbon monoflorid, pirit, tionilxlorid və s.

Litium batareyaları digər batareyalardan uzun ömürlü olması və yüksək qiyməti ilə fərqlənir. Seçilmiş ölçüdən və istifadə olunan kimyəvi materiallardan asılı olaraq, litium batareya 1,5 V (qələvi batareyalara uyğun) ilə 3,7 V arasında gərginlik yarada bilər.

Bu batareyalar vahid kütlə üçün ən yüksək tutuma malikdir və uzun müddət saxlama. Litium hüceyrələr müasir portativ elektron texnologiyada geniş istifadə olunur: saatları işə salmaq üçün ana platalar kompüterlər, noutbukları gücləndirmək üçün tibbi avadanlıqlar, qol saatı, kalkulyatorlar, foto avadanlıqlarında və s.

Yuxarıdakı qrafik iki məşhur istehsalçının iki litium batareyası üçün boşalma əyrilərini göstərir. İlkin cərəyan 120 mA idi (təxminən 24 ohm olan bir rezistor üçün).

Qalvanik elementin diaqramını tərtib etmək üçün onun fəaliyyət prinsipini, struktur xüsusiyyətlərini başa düşmək lazımdır.

İstehlakçılar nadir hallarda akkumulyatorlara və batareyalara diqqət yetirirlər, halbuki bu cari mənbələr ən çox tələb olunur.

Kimyəvi cərəyan mənbələri

Qalvanik hüceyrə nədir? Onun dövrəsi elektrolitə əsaslanır. Cihaza elektrolitin yerləşdiyi, ayırıcı material tərəfindən adsorbsiya edilmiş kiçik bir konteyner daxildir. Bundan əlavə, iki qalvanik elementin sxemi mövcudluğunu nəzərdə tutur.Belə bir qalvanik elementin adı nədir? İki metalı birləşdirən sxem redoks reaksiyasının mövcudluğunu göstərir.

Ən sadə qalvanik hüceyrə

Güclü bir elektrolit həllinə batırılmış müxtəlif metallardan hazırlanmış iki plitə və ya çubuqların mövcudluğunu nəzərdə tutur. Bu qalvanik elementin işləməsi zamanı anodda elektronların qaytarılması ilə əlaqəli bir oksidləşmə prosesi aparılır.

Katodda - mənfi hissəciklərin qəbulu ilə müşayiət olunan azalma. Xarici dövrə boyunca elektronların reduksiyadan oksidləşdirici agentə köçürülməsi var.

Qalvanik hüceyrə nümunəsi

Qalvanik elementlərin elektron sxemlərini tərtib etmək üçün onların standart elektrod potensialının qiymətini bilmək lazımdır. Mis sulfatın sinklə qarşılıqlı təsiri zamanı ayrılan enerji əsasında işləyən mis-sink qalvanik elementinin variantını təhlil edək.

Aşağıda sxemi veriləcək bu qalvanik hüceyrə Yakobi-Daniel hüceyrəsi adlanır. Buraya mis sulfat (mis elektrod) məhluluna batırılanlar daxildir və o, həmçinin sulfat məhlulunda (sink elektrod) sink boşqabından ibarətdir. Məhlullar bir-biri ilə təmasdadır, lakin onların qarışmasının qarşısını almaq üçün elementdə məsaməli materialdan hazırlanmış arakəsmə istifadə olunur.

Əməliyyat prinsipi

Dövrəsi Zn ½ ZnSO4 ½½ CuSO4 ½ Cu olan qalvanik element necə işləyir? Onun işləməsi zamanı, elektrik dövrəsi bağlandıqda, metal sinkin oksidləşməsi prosesi baş verir.

Onun duz məhlulu ilə təmas səthində atomların Zn2+ kationlarına çevrilməsi müşahidə olunur. Proses xarici dövrə boyunca hərəkət edən "sərbəst" elektronların sərbəst buraxılması ilə müşayiət olunur.

Sink elektrodunda baş verən reaksiya aşağıdakı kimi göstərilə bilər:

Metal kationların azaldılması mis elektrodda aparılır. Sink elektrodundan buraya daxil olan mənfi hissəciklər mis kationları ilə birləşərək onları metal şəklində çökdürür. Bu proses belə görünür:

Yuxarıda müzakirə edilən iki reaksiyanı əlavə etsək, sink-mis galvanik elementin işini təsvir edən xülasə tənliyi alırıq.

Anod sink elektroddur, katod isə misdir. Müasir qalvanik elementlər və akkumulyatorlar tək elektrolit məhlulunun istifadəsini tələb edir ki, bu da onların tətbiq dairəsini genişləndirir, onların işini daha rahat və rahat edir.

Qalvanik hüceyrələrin növləri

Ən çox yayılmış karbon-sink elementləridir. Onlar manqan oksidi olan anodla təmasda olan passiv karbon cərəyanı kollektorundan istifadə edirlər (4). Elektrolit pasta şəklində istifadə edilən ammonium xloriddir.

Yayılmır, buna görə də qalvanik hüceyrənin özü quru adlanır. Onun xüsusiyyəti əməliyyat zamanı "bərpa etmək" qabiliyyətidir ki, bu da onların əməliyyat müddətinin müddətinə müsbət təsir göstərir. Belə galvanik elementlər aşağı qiymətə, lakin aşağı gücə malikdir. Temperatur aşağı düşdükdə onların səmərəliliyi azalır, yüksəldikdə isə elektrolit tədricən quruyur.

Qələvi elementlər qələvi məhlulun istifadəsini nəzərdə tutur, buna görə də onların kifayət qədər tətbiqi var.

Litium hüceyrələrində aktiv metal anod rolunu oynayır, bu da xidmət müddətinə müsbət təsir göstərir. Litiumun mənfi cəhətləri var, buna görə də kiçik ölçüləri ilə belə elementlər maksimum nominal gərginliyə malikdir. Belə sistemlərin çatışmazlıqları arasında yüksək qiymət var. Litium cərəyan mənbələrinin açılması partlayıcıdır.

Nəticə

İstənilən qalvanik elementin iş prinsipi katodda və anodda baş verən redoks proseslərinə əsaslanır. İstifadə olunan metaldan asılı olaraq, seçilmiş elektrolit məhlulu, elementin xidmət müddəti, həmçinin nominal gərginliyin dəyəri dəyişir. Hal-hazırda, kifayət qədər uzun xidmət müddəti olan litium, kadmium qalvanik elementlərə tələbat var.

Aşağı güclü elektrik enerjisi mənbələri

Portativ elektrik və radio avadanlıqlarını gücləndirmək üçün qalvanik elementlər və batareyalar istifadə olunur.

Galvanik hüceyrələr birdəfəlik mənbələrdir akkumulyatorlar- təkrar istifadə edilə bilən fəaliyyət mənbələri.

Ən sadə qalvanik hüceyrə

Ən sadə element iki zolaqdan hazırlana bilər: mis və sink, kükürd turşusu ilə bir az turşulaşdırılmış suya batırılır. Əgər sink kifayət qədər təmizdirsə, ondan təmizlənir yerli reaksiyalar, mis və sink məftillə birləşdirilənə qədər heç bir nəzərəçarpan dəyişiklik baş verməyəcək.

Bununla belə, zolaqlar biri digərinə nisbətən fərqli potensiala malikdir və onlar bir tel ilə birləşdirildikdə, görünəcək. Bu hərəkət irəlilədikcə, sink zolağı tədricən həll ediləcək və mis elektrodun yaxınlığında qaz baloncukları meydana gələcək və onun səthində toplanacaq. Bu qaz elektrolitdən əmələ gələn hidrogendir. Elektrik cərəyanı mis zolaqdan naqil vasitəsilə sink zolağına, ondan isə elektrolit vasitəsilə yenidən misə axır.

Tədricən elektrolitin sulfat turşusu sink elektrodunun həll olunmuş hissəsindən əmələ gələn sink sulfatla əvəz olunur. Bunun sayəsində elementin gərginliyi azalır. Bununla belə, daha da böyük bir gərginlik düşməsi mis üzərində qaz baloncuklarının əmələ gəlməsinə səbəb olur. Bu hərəkətlərin hər ikisi "qütbləşmə" yaradır. Belə elementlərin praktiki dəyəri demək olar ki, yoxdur.

Qalvanik elementlərin mühüm parametrləri

Qalvanik elementlərin verdiyi gərginliyin böyüklüyü yalnız onların növündən və cihazından, yəni elektrodların materialından və elektrolitin kimyəvi tərkibindən asılıdır, lakin hüceyrələrin formasından və ölçüsündən asılı deyildir.

Qalvanik elementin verə biləcəyi cərəyanın miqdarı onun daxili müqaviməti ilə məhdudlaşır.

Çox mühüm xüsusiyyət qalvanik hüceyrədir. Elektrik tutumu dedikdə, qalvanik və ya akkumulyator elementinin işlədiyi bütün müddət ərzində, yəni son boşalma baş verənə qədər verə biləcəyi elektrik enerjisinin miqdarı nəzərdə tutulur.

Element tərəfindən verilən tutum, amperlə ifadə edilən axıdma cərəyanını, elementin tam boşalmanın başlanğıcına qədər boşaldıldığı saatlarla vaxta vurmaqla müəyyən edilir. Buna görə də, elektrik tutumu həmişə amper-saat (A x h) ilə ifadə edilir.

Elementin tutumunun dəyərinə görə, tam boşalmanın başlamazdan əvvəl təxminən neçə saat işləyəcəyini əvvəlcədən təyin edə bilərsiniz. Bunu etmək üçün, bu element üçün icazə verilən boşalma cərəyanının gücü ilə tutumu bölmək lazımdır.

Bununla belə, elektrik tutumu ciddi sabit bir dəyər deyil. Elementin şərtlərindən (rejimindən) və son boşalma gərginliyindən asılı olaraq kifayət qədər böyük hüdudlarda dəyişir.

Element maksimum cərəyan gücü ilə və üstəlik, fasiləsiz boşaldılırsa, daha aşağı tutum verəcəkdir. Əksinə, eyni element daha az güclü cərəyanla və tez-tez və nisbətən uzun fasilələrlə boşaldıqda, element tam gücündən imtina edəcəkdir.

Son boşalma gərginliyinin elementin tutumuna təsirinə gəldikdə, nəzərə almaq lazımdır ki, qalvanik elementin boşaldılması zamanı onun işləmə gərginliyi eyni səviyyədə qalmır, tədricən azalır.

Galvanik elementlərin ümumi növləri

Ən çox yayılmış qalvanik elementlər duz və qələvi elektrolitləri olan manqan-sink, manqan-hava, hava-sink və civə-sink sistemləridir. Şoran elektrolitli quru manqan-sink hüceyrələrinin ilkin gərginliyi 1,4 ilə 1,55 V arasındadır, işləmə müddəti bir temperaturda mühit-20 ilə -60 ° C arasında 7 saatdan 340 saata qədər.

Qələvi elektroliti olan quru manqan-sink və hava-sink hüceyrələri 0,75 ilə 0,9 V gərginliyə və 6 saatdan 45 saata qədər işləmə müddətinə malikdir.

Quru civə-sink hüceyrələrinin ilkin gərginliyi 1,22-1,25 V, işləmə müddəti 24 saatdan 55 saata qədərdir.

Quru civə-sink elementləri 30 aya çatan ən uzun zəmanətli raf ömrünə malikdir.

Bunlar ikinci dərəcəli qalvanik hüceyrələrdir.Batareyada qalvanik hüceyrələrdən fərqli olaraq, montajdan dərhal sonra, yox kimyəvi proseslər yaranma.

Batareyada elektrik yüklərinin hərəkəti ilə əlaqəli kimyəvi reaksiyaların başlaması üçün müvafiq olaraq dəyişdirilməlidir. kimyəvi birləşmə onun elektrodları (və elektrolitin bir hissəsi). Elektrodların kimyəvi tərkibindəki bu dəyişiklik batareyadan keçən elektrik cərəyanının təsiri altında baş verir.

Buna görə də, batareyanın elektrik cərəyanı istehsal edə bilməsi üçün əvvəlcə bəzi xarici cərəyan mənbəyindən birbaşa elektrik cərəyanı ilə "doldurulmalıdır".

Batareyalar həm də adi qalvanik elementlərlə yaxşı müqayisə olunur, çünki boşaldıqdan sonra yenidən doldurula bilirlər. At yaxşı qulluq onların arxasında və normal şərait batareyalar bir neçə min şarj və boşalmaya davam edə bilər.
Batareya cihazı

Hal-hazırda, qurğuşun və kadmium-nikel batareyaları praktikada ən çox istifadə olunur. Birincisi üçün sulfat turşusunun məhlulu elektrolit, ikincisi üçün isə suda qələvi məhlulu kimi xidmət edir. Qurğuşun-turşu akkumulyatorlarına turşu, kadmium-nikel batareyalarına isə qələvi deyilir.

Batareyaların işləmə prinsipi elektrodların polarizasiyasına əsaslanır. Ən sadə turşu batareyası aşağıdakı kimi təşkil edilmişdir: bunlar elektrolitə batırılmış iki qurğuşun lövhəsidir. Nəticə olaraq kimyəvi reaksiyaəvəzedici lövhələr Pb + H 2 SO 4 = PbSO 4 + H 2 düsturundan aşağıdakı kimi PbSO4 qurğuşun sulfatının yüngül bir örtüyü ilə örtülmüşdür.

Turşu batareya cihazı

Plitələrin bu vəziyyəti boşalmış batareyaya uyğundur. İndi batareya doldurulması üçün işə salınıbsa, yəni bir DC generatoruna qoşulubsa, elektroliz səbəbindən plitələrin qütbləşməsi onda başlayacaq. Batareyanın doldurulması nəticəsində onun plitələri qütbləşir, yəni səthinin maddəsini dəyişir və homojendən (PbSO 4) heterojenə (Pb və Pb O 2) çevrilir.

Batareya cərəyan mənbəyinə çevrilir, qurğuşun dioksidi ilə örtülmüş lövhə müsbət elektrod, təmiz qurğuşun boşqab isə mənfi elektrod kimi xidmət edir.

Yükün sonunda elektrolit konsentrasiyası əlavə sulfat turşusu molekullarının görünməsi səbəbindən artır.

Bu, qurğuşun akkumulyatorunun xüsusiyyətlərindən biridir: onun elektroliti neytral qalmır və özü batareyanın işləməsi zamanı kimyəvi reaksiyalarda iştirak edir.

Boşalmanın sonunda hər iki akkumulyator plitəsi yenidən qurğuşun sulfatla örtülmüşdür, nəticədə batareya cərəyan mənbəyi olmaqdan çıxır. Batareya heç vaxt belə vəziyyətə gətirilmir. Plitələrdə qurğuşun sulfat əmələ gəlməsi səbəbindən axıdmanın sonunda elektrolit konsentrasiyası azalır. Batareya doldurulubsa, yenidən boşaldılmaq üçün qütbləşməyə səbəb ola bilər və s.

Batareyanı necə doldurmaq olar

Batareyanı doldurmağın bir neçə yolu var. Ən sadəsi, aşağıdakı kimi baş verən normal batareyanın doldurulmasıdır. Başlanğıcda, 5 - 6 saat ərzində şarj hər bir batareya bankındakı gərginlik 2,4 V-a çatana qədər ikiqat normal cərəyanla həyata keçirilir.

Normal şarj cərəyanı I yük \u003d Q / 16 düsturu ilə müəyyən edilir

Harada Q - nominal batareya tutumu, Ah.

Bundan sonra, şarj cərəyanı azalır normal dəyər və şarjın bitməsi əlamətləri görünənə qədər 15 - 18 saat ərzində doldurmağa davam edin.

Müasir batareyalar

Kadmium-nikel və ya qələvi batareyalar qurğuşunlardan çox sonra ortaya çıxdı və onlarla müqayisədə daha inkişaf etmiş kimyəvi cərəyan mənbəyidir. Qələvi batareyaların qurğuşunlardan əsas üstünlüyü, plitələrin aktiv kütlələrinə nisbətən onların elektrolitlərinin kimyəvi neytrallığıdır. Buna görə qələvi akkumulyatorların öz-özünə boşaldılması qurğuşun-turşu akkumulyatorlarından xeyli azdır. Qələvi batareyaların işləmə prinsipi də elektroliz zamanı elektrodların polarizasiyasına əsaslanır.

Radio avadanlıqlarını gücləndirmək üçün -30 ilə +50 ° C arasında işləyən və 400 - 600 şarj-boşaltma dövrünə tab gətirən möhürlənmiş kadmium-nikel batareyaları istehsal olunur. Bu akkumulyatorlar bir neçə qramdan kiloqrama qədər olan kompakt paralelepipedlər və disklər şəklində hazırlanır.

Onlar avtonom obyektlərin enerji təchizatı üçün nikel-hidrogen batareyaları istehsal edirlər. Nikel-hidrogen batareyasının xüsusi enerjisi 50 - 60 Wh kq -1 təşkil edir.

Qalvanik element iki metalın və/və ya onların oksidlərinin elektrolitdə qarşılıqlı təsirinə əsaslanan elektrik cərəyanının kimyəvi mənbəyidir və italyan alimi Luici Galvaninin şərəfinə adlandırılmışdır.

Daha sonra alim mis-sink hüceyrələrindən ibarət batareya yığdı, sonralar Voltaik sütun adlandırıldı (şəklə bax). O, cüt-cüt qatlanmış və turşuda isladılmış parça ilə ayrılmış bir neçə onlarla sink və mis fincandan ibarət idi. Bu ixtira sonradan digər elm adamları tərəfindən tədqiqatlarında istifadə edilmişdir. Beləliklə, məsələn, 1802-ci ildə rus akademiki V.V.Petrov təxminən 2500 volt gərginlik yaradan və belə yaradan güclü elektrik qövsü istehsal etmək üçün istifadə edilən 2100 hüceyrədən ibarət nəhəng akkumulyator dizayn etdi. yüksək temperatur metalları əridə bilər.

Galvanik elementlər və digər dizaynlar var. Başqa bir mis-sink galvanik elementi nəzərdən keçirək, lakin o, sink və mis sulfat məhlulu (Jacobi-Daniel hüceyrəsi) arasında kimyəvi reaksiyanın enerjisi hesabına işləyir. Bu element mis sulfat məhluluna batırılmış mis lövhədən və sink sulfat məhluluna batırılmış sink boşqabdan ibarətdir (şəklə bax). Hər iki məhlul bir-biri ilə təmasdadır, lakin qarışmanın qarşısını almaq üçün gözenekli bir materialdan hazırlanmış membran arakəsmə ilə ayrılır.

Galvanik hüceyrələrin başqa bir növü sözdə "quru" manqan-sink Leclanche hüceyrələridir (şəklə bax). Maye elektrolit əvəzinə, belə bir hüceyrə ammonyak və nişastadan ibarət gel kimi bir pasta istifadə edir. Nəmin mümkün qədər az buxarlanması üçün belə bir elementin üstü qazların çıxması üçün kiçik bir çuxur olan mum və ya qatranla doldurulur. Tipik olaraq, Leclanchet elementləri eyni zamanda həm mənfi elektrod, həm də qab rolunu oynayan silindrik fincanlarda hazırlanır.
Bütün kimyəvi cərəyan mənbələri (qalvanik hüceyrələr və onlardan batareyalar) iki qrupa bölünür - ilkin (birdəfəlik) və ikincil (təkrar istifadə edilə bilən və ya geri çevrilə bilən). İlkin enerji mənbələrində (sözdə, batareyalar) kimyəvi proseslər geri dönməz şəkildə gedir, buna görə də onların yüklənməsi bərpa edilə bilməz. Batareyalar ikincil kimyəvi cərəyan mənbələri kimi təsnif edilir, onların doldurulması bərpa edilə bilər. Geniş istifadə olunan batareyalar üçün doldurma-boşaltma dövrü təxminən 1000 dəfə təkrarlana bilər.

Batareyalar müxtəlif gərginlik və tutumlara malikdir. Məsələn, ənənəvi qələvi batareyaların nominal gərginliyi təxminən 1,5 V, daha müasir litium batareyaları isə təxminən 3 V nominal gərginliyə malikdir. Elektrik tutumu bir çox amillərdən asılıdır: batareyadakı hüceyrələrin sayı, doldurulma səviyyəsi, ətraf mühitin temperaturu, kəsmə cərəyanı (cihaz mövcud şarjla belə işləmir). Məsələn, artıq kamerada işləməyən batareya tez-tez saatlarda və ya pultlarda işləməyə davam edir.
Batareyalarda elektrik enerjisinin (şarj) miqdarı amper-saatla ölçülür. Məsələn, bir akkumulyatorun 1 amper-saat yükü varsa və onun işlətdiyi elektrik cihazı 200 mA tələb edirsə, o zaman batareyanın ömrü belə hesablanır: 1 Ah / 0,2 A = 5 saat.
Texnoloji tərəqqi sayəsində miniatür batareya ilə işləyən cihazların çeşidi artdı. Onların bir çoxu üçün kifayət qədər yığcam olsa da, daha güclü batareyalar tələb olunurdu. Litium batareyaları belə bir ehtiyacın cavabı oldu: uzun müddətli saxlama, yüksək etibarlılıq və geniş temperatur diapazonunda əla performans. Bu günə qədər ən inkişaf etmişlər litium-ion enerji mənbələridir. Bu texnologiyanın potensialı hələ tam açılmayıb, lakin yaxın perspektivlər onlarla bağlıdır.

Texnologiyada xüsusi dəyər 1899-cu ildə İsveç alimi V. Jungner tərəfindən icad edilmiş nikel-kadmium batareyalarıdır. Ancaq yalnız 20-ci əsrin ortalarında mühəndislər demək olar ki, gəldilər müasir sxem belə möhürlənmiş batareyalar. Kompaktlığı və muxtariyyəti sayəsində, təkrar doldurulan batareyalar avtomobillərdə, qatarlarda, kompüterlərdə, telefonlarda, kameralarda, videokameralarda, kalkulyatorlarda və s.
Batareyanın əsas xüsusiyyətləri tutum və maksimum cərəyan gücüdür. Akkumulyatorun amper-saatda tutumu məhdudlaşdırıcı cərəyanın və boşalma müddətinin məhsuluna bərabərdir. Məsələn, bir akkumulyator 10 saat ərzində 80 mA cərəyan verə bilirsə, onda tutum belədir: 80 mA 10 h = 800 mAh (və ya beynəlxalq dildə 800 mAh, şəklə baxın).

Kuznetsova Alla Viktorovna (Samara)

Qalvanik element kimyəvi enerjinin elektrik enerjisinə birbaşa çevrilməsinin baş verdiyi elektrik cərəyanının kimyəvi mənbəyidir. Buna görə də o. GörünüşƏn çox yayılmış batareyalar Şəkil 1-də göstərilmişdir.

Şəkil 1. Barmaq tipli qalvanik elementlərin görünüşü

Duz (quru), qələvi və litium elementləri var. Galvanik hüceyrələrə tez-tez batareyalar deyilir, lakin bu ad yanlışdır, çünki. batareya bir neçə eyni cihazın əlaqəsidir. Məsələn, üç galvanik element ardıcıl olaraq birləşdirildikdə, geniş istifadə olunan 4,5 volt batareya yaranır.

Galvanik elementin işləmə prinsipi iki metalın bir elektrolit vasitəsilə qarşılıqlı təsirinə əsaslanır və qapalı bir dövrədə elektrik cərəyanının görünüşünə səbəb olur. Gərginlik istifadə olunan metallardan asılıdır. Bu kimyəvi cərəyan mənbələrindən bəziləri Cədvəl 1-də göstərilmişdir.

Cari mənbələrin növü	katod	Elektrolit	Anod	Gərginlik, IN
manqan-sink	MnO2	KOH	Zn	1,56
Manqan - qalay	MnO2	KOH	sn	1,65
Manqan-maqnezium	MnO2	MgBr2	mq	2,00
Qurğuşun-sink	PbO2	H2SO4	Zn	2,55
Qurğuşun kadmium	PbO2	H2SO4	CD	2,42
Qurğuşun xlorid	PbO2	HClO 4	Pb	1,92
Merkuri-sink	HgO	KOH	Zn	1,36
civə kadmium	HgO 2	KOH	CD	1,92
Merkuri-qalay oksidi	HgO 2	KOH	sn	1,30
Xrom sink	K2Cr2O7	H2SO4	Zn	1,8-1,9

Satışda əsasən duz adlanan manqan-sink elementləri var. Batareya istehsalçıları adətən kimyəvi tərkibini qeyd etmirlər. Bunlar ən ucuz elektrokimyəvi hüceyrələrdir və yalnız saatlar kimi az istehlak cihazlarında istifadə edilə bilər. elektron termometrlər və ya uzaqdan idarəetmə. Şəkil 2 duz batareyasının görünüşünü və daxili quruluşunu göstərir.

Şəkil 2. "Quru" qalvanik elementin görünüşü və dizaynı

Eyni dərəcədə ümumi bir batareya qələvi manqan batareyalarıdır. Satışda adı rus dilinə tərcümə etməkdən narahat olmadan qələvi adlanırlar. Qələvi qalvanik elementin daxili quruluşu Şəkil 2-də göstərilmişdir.

Şəkil 3. Qələvi qalvanik elementin daxili və quruluşu

Bu kimyəvi enerji mənbələri daha yüksək gücə (2...3 A/saat) malikdir və onlar uzun müddət daha çox cərəyan verə bilirlər. sink şüşə şəklində deyil, elektrolitlə daha böyük təmas sahəsi olan toz şəklində istifadə olunur. Elektrolit kimi kalium hidroksid istifadə olunur. Bu, bu tip galvanik elementlərin uzun müddət ərzində ən çox yayılmış əhəmiyyətli bir cərəyan (1 A-a qədər) vermək qabiliyyəti ilə bağlıdır.

Digər kifayət qədər yayılmış galvanik hüceyrə növü litium çubuqlardır. Qələvi metalın istifadəsi səbəbindən onlar yüksək potensial fərqə malikdirlər. Litium elementlərinin gərginliyi 3 V-dir. Bununla belə, bazarda 1,5 V-luq litium batareyaları da var. Bu batareyalar vahid kütlə üçün ən yüksək tutuma və uzun raf ömrünə malikdir. Onlar əsasən kompüter anakartlarında və foto avadanlıqlarında saatları gücləndirmək üçün istifadə olunur. Dezavantaj yüksək qiymətdir. Litium batareyalarının görünüşü Şəkil 4-də göstərilmişdir.

Şəkil 4. Litium batareyalarının görünüşü

Qeyd etmək lazımdır ki, demək olar ki, bütün galvanik elementlər elektrik enerjisi mənbələrindən doldurulmağa qadirdir. İstisnadır Yenidən doldurmağa çalışdığınız zaman partlaya biləcək litium batareyalar.

İstifadə üçün müxtəlif cihazlar batareyalar standartlaşdırılıb. Galvanik elementlər üçün ən çox yayılmış korpus növləri Cədvəl 2-də göstərilmişdir.

Elektron cihazların korpusuna batareyaları bərkitmək üçün hazırda hazır batareya bölmələri təklif olunur. Onların istifadəsi radioelektron cihazın korpusunun işlənməsini əhəmiyyətli dərəcədə asanlaşdırmağa və onun istehsalının maya dəyərini azaltmağa imkan verir. Onlardan bəzilərinin görünüşü Şəkil 5-də göstərilmişdir.

Şəkil 5. Galvanik akkumulyatorların bərkidilməsi üçün bölmələrin xarici görünüşü

Batareya alıcılarını narahat edən ilk sual batareyanın ömrüdür. Bu, galvanik elementin istehsal texnologiyasından asılıdır. Çıxış gərginliyinin akkumulyator istehsal texnologiyasından tipik asılılığının qrafiki Şəkil 5-də göstərilmişdir.

Şəkil 6. 1 A boşalma cərəyanında istehsal texnologiyasından asılı olaraq batareyanın ömrünün qrafiki

http://www.batteryshowdown.com/ saytında müxtəlif şirkətlərin akkumulyatorlarının sınaqlarının nəticələri Şəkil 7-də göstərilmişdir.

Şəkil 7. 1 A boşalma cərəyanında müxtəlif şirkətlərin akkumulyatorlarının işləmə müddətinin qrafiki

Və nəhayət, hansı növ batareyaların istifadəsinin mənası olduğu qənaətinə gələk, çünki batareyaları alarkən həmişə maksimum nəticə əldə etməyə çalışırıq. faydalı təsir minimum xərclə.

1. Batareyaları köşklərdə və ya bazarda almamalısınız. Adətən orada uzun müddət yatırlar və buna görə də öz-özünə boşalma səbəbindən praktiki olaraq imkanlarını itirirlər. Hətta avadanlıq üçün təhlükəli ola bilər, çünki. ucuz qalvanik elementlərdən (batareyalar) istifadə edərkən onlardan elektrolit sıza bilər. Bu, avadanlıqlara zərər verəcəkdir! Yaxşı mal dövriyyəsi olan mağazalarda almaq daha yaxşıdır.
2. qələvi (qələvi) batareyalar fənərlər, pleyerlər və ya kameralar kimi kifayət qədər böyük cərəyan istehlak edən cihazlarda istifadə edilməlidir. Az enerjili cihazlarda onların ömrü duz batareyalarından fərqlənmir.
3. Duz ("müntəzəm", karbon-sink qalvanik elementlər) bir il və ya daha çox bir batareya dəstindən işləmək üçün hazırlanmış saatlarda, IR pultlarında və digər cihazlarda mükəmməl işləyəcək. Ancaq soyuqda işləyə bilmirlər.
4. Bu gün üçün ən sərfəli batareyalar AA batareyalarıdır. Eyni tutumlu həm kiçik barmaqlar (AAA), həm də böyük barmaqlar (R20) daha bahalıdır. Müasir R20 batareyalarının tutumu AA batareyalarının tutumu ilə demək olar ki, eynidir və bu, üç dəfə çoxdur. böyük ölçülər!
5. Bükülməmiş markalara əhəmiyyət verməyin. Duracell və Energizer-in qalvanik elementləri digər şirkətlərin batareyalarından bir yarım-iki dəfə bahadır və eyni zamanda təxminən eyni işləyir.

Oxşar məqalələr