Кроме электромеханических генераторов к источникам электрической энергии для питания цепей постоянного тока относятся гальванические или первичные элементы и аккумуляторы.

а) Гальванические (первичные) элементы. Между электродом и электролитом, в который он погружен, всегда возникает некоторая разность потенциалов, зависящая от материала электрода и состава электролита.

Появление разности потенциалов объясняется тем, что вещество электрода под действием химических сил растворяется в электролите (например, цинк в растворе серной кислоты) и положительные ионы его переходят в электролит. Преобладание отрицательных зарядов на электроде и положительных в прилегающем к нему пограничном слое электролита вызывает появление двойного электрического слоя, а следовательно, и электрического поля на границе электрода, направленного от электролита к электроду. Электрические силы этого поля противодействуют переходу положительных ионов с электрода в раствор. Когда силы электрического поля уравновесят химические (сторонние по отношению к электрическому полю) силы, растворение цинка прекратится. Возникает разность потенциалов между электродом и электролитом, называемая электродным потенциалом.

Помещая в электролит два электрода из равных металлов, получим между ними разность электродных потенциалов — стороннюю ЭДС E = φ1—φ2— Следовательно, устройство, состоящее из двух разнородных электродов, помещенных в электролит, является источником питания — гальваническим или первичным элементом, в котором происходит процесс преобразования (необратимый) химической энергии в электрическую.

Большое распространение получили сухие и наливные марганцово-цинковые элементы. По конструкции они делятся на стаканчиковые и галетные. В элементе стаканчиковой конструкции цинковый электрод имеет форму стакана (рис. 112), внутри которого расположен положительный электрод — угольный стержень. Угольный электрод окружен деполяризатором из двуокиси марганца, графита и сажи. Цинковый стакан заполняется электролитом — водным раствором хлористого аммония (нашатыря) с добавлением крахмала в качестве загустителя. Электродвижущая сила элемента E=1,5 В.

Номинальным разрядным током элемента называется наибольший длительный ток, допускаемый при его эксплуатации. Емкостью элемента называется количество электричества, выраженное в ампер-часах (А·ч), которое можно получить от элемента за весь период его работы. Как от

дельные элементы, так и собранные из них батареи широко применяются в радиотехнике, аппаратуре проводной связи, для карманных фонарей, слуховых аппаратов и т. д.

б) Аккумуляторы (вторичные элементы). Гальванические элементы, у которых после их разрядки возможен обратный процесс зарядки с преобразованием электрической энергии в химическую, называются аккумуляторами или вторичными элементами.

Щелочной аккумулятор получил такое название по электролиту— щелочи, а именно 21 %-иому водному раствору

Рис 1.12. Марганцово-цинковый первичный элемент

Рис. 1.13 Щелочной кадмиево-никелевый аккумулятор.

а —общий вид; б —пластины

едкого калия КОН или едкого натрия NaOH. Аккумулятор состоит из двух блоков — пластин, расположенных в стальном сосуде с электролитом (рис. 1.13). Пластины — это стальные рамки с вставленными в них стальными коробочками, заполненными активной массой. Активная масса отрицательных пластин кадмиево-ннкелевых элементов состоит из губчатого кадмия, а железо-никелевых — из губчатого железа. Активная масса положительных пластин у обоих аккумуляторов состоит из гидрата окиси никеля Ni(OH)3.

При разрядке гидрат окиси никеля переходит в гидрат закиси никеля, а губчатый кадмий (железо) — в гидрат его закиси.

Химическая реакция при разрядке выражается уравнением

2Ni(OH)3 + 2КОН + Cd ->- 3Ni(OH)2 + 2KOН + Cd(OH)2.

1При зарядке реакция идет в обратном направлении и, следовательно, происходит восстановление активной массы электродов. Концентрация электролита при разрядке и зарядке остается неизменной.

При разрядке напряжение с 1,4 В сначала быстро уменьшается до 1,3 В, а затем медленно до 1,15 В; при этом напряжении разрядку необходимо прекращать. При зарядке напряжение с 1,15 В быстро увеличивается до 1,75 В, а затем после незначительного понижения медленно увеличивается до 1,85 В.

Кроме щелочных широко применяются и кислотные /свинцовые) аккумуляторы.

Популярные запросы


Catalog-Moldova - Ranker, Statistics Rambler's Top100

Портал Электриков — Новости и комментарии из мира техники