Baterija galvanskih članaka. Galvanske ćelije

Galvanski članak je kemijski izvor električne struje u kojem se događa izravna pretvorba kemijska energija na električni. Stoga je on. Izgled Najčešće baterije prikazane su na slici 1.

Slika 1. Izgled prstastih galvanskih članaka

Postoje solne (suhe), alkalne i litijeve ćelije. Galvanske članke često nazivamo baterijama, ali taj naziv nije točan jer... Baterija je spoj više identičnih uređaja. Na primjer, spajanje tri naponske ćelije u seriju proizvodi široko korištenu bateriju od 4,5 volta.

Načelo rada galvanskog članka temelji se na interakciji dva metala kroz elektrolit, što dovodi do stvaranja električne struje u zatvorenom krugu. Napon ovisi o korištenim metalima. Neki od ovih kemijskih izvora struje navedeni su u tablici 1.

Vrsta izvora struje	Katoda	elektrolit	Anoda	Napon, U
Mangan-cink	MnO2	KOH	Zn	1,56
Mangan-kositar	MnO2	KOH	S n	1,65
Mangan-magnezij	MnO2	MgBr 2	Mg	2,00
Olovo-cink	PbO2	H2SO4	Zn	2,55
Olovo-kadmij	PbO2	H2SO4	CD	2,42
Olovo-klor	PbO2	HClO4	Pb	1,92
Živa-cink	HgO	KOH	Zn	1,36
Živa-kadmij	HgO2	KOH	CD	1,92
Živa-kositar oksid	HgO2	KOH	S n	1,30
Krom-cink	K2Cr2O7	H2SO4	Zn	1,8-1,9

Glavni proizvodi u prodaji su mangan-cinkovi elementi, koji se nazivaju soli. Proizvođači baterija obično ne navode njihov kemijski sastav. To su najjeftiniji galvanski članci koji se mogu koristiti samo u uređajima sa mala potrošnja kao što su satovi, elektronički termometri ili daljinski upravljači daljinski upravljač. Slika 2 prikazuje izgled i unutarnju strukturu solne baterije.

Slika 2. Izgled i struktura “suhog” galvanskog članka

Alkalne manganske baterije jednako su česte baterije. U prodaji ih nazivaju alkalnim, bez truda da prevedu naziv na ruski. Unutarnja organizacija alkalna galvanska ćelija prikazana je na slici 2.

Slika 3. Unutrašnjost i struktura alkalne voltaične ćelije

ove kemijski izvori trenutni imaju veći kapacitet(2...3 A/h) i mogu osigurati veću struju dugo vremena Veća struja je postala moguća jer... cink se ne koristi u obliku stakla, već u obliku praha, koji ima veću površinu kontakta s elektrolitom. Kao elektrolit se koristi kalijev hidroksid. Upravo zbog sposobnosti ove vrste galvanskih članaka da dugo vremena isporučuju značajnu struju (do 1 A) danas je najzastupljenija.

Druga prilično česta vrsta galvanskih članaka su litijeve baterije. Zahvaljujući upotrebi alkalnog metala, imaju veliku potencijalnu razliku. Napon litijevih ćelija je 3 V. No, na tržištu su dostupni i 1,5 V litijske baterije. Ove baterije imaju najveći kapacitet po jedinici težine i dugi vijek trajanja. Uglavnom se koristi za napajanje satova matične ploče računala i fotografske opreme. Kao nedostatak možemo navesti visoka cijena. Izgled litijskih baterija prikazan je na slici 4.

Slika 4. Izgled litijevih baterija

Treba napomenuti da se iz gotovo svih galvanskih članaka može puniti mrežni izvori prehrana. Izuzetak je litijske baterije, koje mogu eksplodirati ako ih pokušate ponovno napuniti.

Za upotrebu u razne uređaje baterije su standardizirane. Najčešći tipovi kućišta galvanskih članaka prikazani su u tablici 2.

Trenutno su dostupni gotovi pretinci za baterije za ugradnju baterija unutar kućišta radio-elektroničkih uređaja. Njihova uporaba može značajno pojednostaviti razvoj slučaja radio-elektronički uređaj i smanjiti troškove njegove proizvodnje. Izgled nekih od njih prikazan je na slici 5.

Slika 5. Izgled pretinaca za pričvršćivanje galvanskih baterija

Prvo pitanje koje brine kupce baterija je njihovo vrijeme rada. Ovisi o tehnologiji proizvodnje galvanskog članka. Grafikon tipične ovisnosti izlaznog napona o tehnologiji proizvodnje baterije prikazan je na slici 5.

Slika 6. Grafikon vremena rada baterije ovisno o tehnologiji proizvodnje pri struji pražnjenja od 1 A

Rezultati testiranja baterija različitih tvrtki provedenih na web stranici http://www.batteryshowdown.com/ prikazani su na slici 7.

Slika 7. Grafikon vremena rada baterija različitih tvrtki pri struji pražnjenja od 1 A

I na kraju, izvedimo zaključke gdje ima smisla koristiti koju vrstu baterija, jer pri kupnji baterija uvijek nastojimo dobiti maksimalni korisni učinak uz minimalne troškove.

1. Baterije ne biste trebali kupovati na kioscima ili na tržnici. Obično leže tamo dosta dugo i stoga, zbog samopražnjenja, praktički gube svoj kapacitet. To čak može biti opasno za opremu, jer... Kod korištenja jeftinih galvanskih članaka (baterija) može doći do curenja elektrolita iz njih. To će dovesti do kvara opreme! Bolje je kupovati u trgovinama s dobrim prometom robe.
2. Alkalne (alkalne) baterije treba koristiti u uređajima koji troše prilično veliku struju, kao što su svjetiljke, playeri ili fotoaparati. U uređajima male snage njihov radni vijek ne razlikuje se od solnih baterija.
3. Sol (“obične”, ugljično-cink galvanske ćelije) savršeno će raditi u satovima, IR daljinskim upravljačima i drugim uređajima namijenjenim za rad na jednoj bateriji godinu ili više. Međutim, ne mogu raditi na hladnoći.
4. Najisplativije baterije danas su AA AA baterije. Skuplji su i mali (AAA) i veliki (R20), istog kapaciteta. Kapacitet modernih R20 baterija gotovo je isti kao AA baterije AA, a ovo je u tri puta većoj veličini!
5. Ne obraćajte pozornost na popularne marke. Galvanske ćelije Duracella i Energizera koštaju jedan i pol do dva puta skuplje od baterija drugih tvrtki, a istovremeno rade otprilike isto

Galvanski elementi. Galvanski članci su primarni kemijski izvori struje (CHS), koji koriste nepovratni procesi pretvaranje kemijske energije u električnu energiju. Naširoko se koriste kao istosmjerni izvori napajanja za malu i prijenosnu radio opremu.

U paralelnom spoju elemenata, kapacitet baterije je jednak zbroju kapaciteta elemenata koji su u njoj uključeni, i sa serijskom vezom– najmanji kapacitet elementa koji je u njemu uključen.

Element kapaciteta a je količina elektriciteta koju daje element tijekom pražnjenja i određena je u amper-satima.

Elementi mangan-cink i elementi živa-cink imaju široku primjenu.

Baterije. Baterije su, poput galvanskih članaka, uređaji za izravnu pretvorbu kemijske energije u električnu. Za razliku od galvanskih članaka, baterije mogu vratiti svoju učinkovitost na temelju učinkovitosti električna energija prijemnike punjenjem iz vanjskog izvora električne energije. Stoga je baterija višekratni uređaj koji može neko vrijeme akumulirati i pohranjivati ​​električnu energiju. To je sekundarni kemijski izvor struje. U njemu se tijekom punjenja iz vanjskog izvora stvara rezerva kemijske energije. Prilikom punjenja baterije, materijali uključeni u njen sastav se pretvaraju u stanje u kojem mogu međusobno kemijski reagirati, oslobađajući električnu energiju. Dakle, baterije akumuliraju električnu energiju kada se pune i troše je kada se prazne.

Baterije karakteriziraju sljedeći glavni parametri.

EMF baterije E,što ovisi o sastavu aktivne mase ploča, o temperaturi i koncentraciji (gustoći) elektrolita. EMF baterije mjeri se voltmetrom s visokim ulaznim otporom (više od 1000 Ohm/V). Budući da EMF napunjene i djelomično ispražnjene baterije može biti isti, nemoguće je procijeniti stupanj pražnjenja baterije prema vrijednosti EMF-a.

Napon baterije– razlika potencijala između pozitivne i negativne ploče kada je opterećenje uključeno. Napon pri punjenju U Z = E + I Z r 0, a pri pražnjenju UP = E - I P r 0,

gdje I Z, I R – struje punjenja i pražnjenja u A; r 0 – unutarnji otpor baterije, Ohm (određen je dizajnom elektroda, gustoćom elektrolita, stupnjem pražnjenja baterije i temperaturom okoline).

Nominalni kapacitet baterije je količina električne energije u Ah koju ona može opskrbiti desetosatnim načinom pražnjenja, konstantnom strujom i temperaturom elektrolita od +25 o C. Trenutna vrijednost 10-satnog načina pražnjenja jednaka je kvocijent nazivnog kapaciteta (C 10) podijeljen s 10 .

Baterije su sposobne samopražnjenje, tj. smanjiti njegov kapacitet kada je krug opterećenja otvoren. Intenzitet samopražnjenja ovisi o temperaturi okoline, sastavu elektrolita i materijalu elektrode.

Ovisno o sastavu elektrolita, baterije su kisele ili alkalne.

Kiselinski akumulatori. Kućište (izrađeno od tvrde gume ili plastike) sadrži pozitivne i negativne elektrode postavljene u blokove. Aktivna masa pozitivne ploče je olovni dioksid (PbO 2), a negativne olovo (Pb). Elektrolit je vodena otopina sumporne kiseline. Nazivni napon kiselinske baterije je 2,0 V. Prilikom punjenja napon se povećava na 2,6 - 2,8 V. Na početku pražnjenja napon se brzo smanjuje na 2,2 V. Treba imati na umu da pražnjenje kiselinski akumulator niži od 1,8 V nije moguć jer se u tom slučaju na negativnim pločama stvara teško topljiva tvar bijeli premaz(dolazi do sulfatizacije baterije). Kako bi se baterija zaštitila od sulfatizacije, preporučuje se punjenje svakih 30 dana, bez obzira na preostali kapacitet.

Nedostaci kiselinskih baterija: teško ih je održavati i male su trajnosti, povećana osjetljivost na kratke spojeve i preopterećenja, ne mogu se smjestiti unutar elektroničke upravljačke jedinice (isparavanja kvare dijelove).

Industrija proizvodi kiselinske baterije tipa SK s nazivnim kapacitetom od 36 do 5328 Ah, na primjer SK-148 (ako se ovaj broj 148 pomnoži s 36, dobiva se nazivni kapacitet od 5328 Ah).

Alkalne baterije. Jednostavni su za održavanje, brže se pune (4 – 7 sati umjesto 10 – 12 sati za kiselinske) i mogu se smjestiti unutar REU-a bez oštećenja. Najčešće korištene alkalne baterije su nikal-kadmij (NC), nikal-željezo (NI) i srebro-cink (SC). Kao elektrolit koristi se vodena otopina kaustičnog kalija.

Za alkalne baterije, EMF je 1,5 V (u ispražnjenoj bateriji E = 1,3 V). Prosječna gustoća elektrolita u alkalnim baterijama je približno konstantna tijekom punjenja i pražnjenja. Stoga se njihovo stanje karakterizira uglavnom EMF vrijednošću.

Alkalne baterije se proizvode u tvornici bez elektrolita. Kod pripreme elektrolita potrebno je posebno paziti jer se miješanjem kalijevog hidroksida s vodom oslobađa velika količina topline. Čvrsta lužina se razbija u male komadiće, pri čemu se pokriva materijalom kako krhotine ne bi dospjele u oči i kožu. Lužina se uroni u vodu u komadima, neprestano miješajući otopinu staklenom ili čeličnom šipkom.

GALVANSKE BATERIJE - skupine međusobno električno povezanih galvanskih članaka koji generiraju električnu energiju uslijed kemikalija. reakcije koje se javljaju između aktivnih materijala elektroda. Galvanske baterije najčešće koriste galvanske članke, kod kojih je pozitivna elektroda izrađena od mješavine mangan dioksida i grafita, a negativna elektroda od cinka. Kao elektrolit obično se koristi otopina amonijevog klorida (amonijaka) i drugih kloridnih soli. Takvi elementi nazivaju se mangan-cink.

Riža. 1. Suha ćelija u obliku šalice: 1 - negativna elektroda (cink), 2 - kartonsko kućište, 3 - strujni vodovi, 4 - poklopac, 5 - pozitivna elektroda, 6 - sloj elektrolita (pasta), 7 - smola, 8 - karton podloška, ​​9 - izolacijska brtva, 10 - staklena cijev(izlaz plina)

Ponekad, uz mangan dioksid i grafit, pozitivna elektroda sadrži Aktivni ugljik, koji apsorbira kisik iz okolne atmosfere, što mu omogućuje upotrebu u kemikalijama. reakcije. Takvi elementi nazivaju se mangan-zrak-cink. Imaju veći kapacitet i nižu cijenu. Za posebne namjene koriste se rasuti elementi ugljen-cink i željezo-ugljik koji imaju visoku konstantu napona. Zbog neugodnosti korištenja skupnih ćelija s tekućim elektrolitom, potonji se pretvara u viskozno stanje uz pomoć brašna, škroba, kartona ili drugih punila, zbog čega gubi svoju fluidnost i ne izlijeva se iz ćelije u bilo kojem trenutku. položaj. Takvi elementi nazivaju se suhi.

Postoje dvije glavne vrste suhih elemenata: šalica i biskvit. Čašičasti element (slika 1) ima negativnu elektrodu (cink pol) izrađenu u obliku cilindrične, bešavne ili s uzdužnim šavom (lemljene, zavarene, valjane) pravokutne čašice. Pozitivna elektroda je cilindar ili prizma pritisnuta na ugljičnu šipku koja služi kao vodič struje. Pozitivna elektroda smještena je unutar negativne, a prostor između njih ispunjen je kondenziranim elektrolitom. Element keksa (slika 2) ima elektrode u obliku ploča koje su odvojene kartonskom dijafragmom natopljenom elektrolitom. Svi dijelovi su stegnuti elastičnim vinil kloridnim rubom (prstenom). Strujni vodič je sloj elektrovodljive mase, neprobojan za elektrolit, na koji se nanosi vani cinkova elektroda. Elementi mangan-zrak-cink proizvode se samo u obliku čaše.

Riža. 2. Suha ćelija tipa keksa: 1 - negativna elektroda (cink) s elektrovodljivim slojem, 2 - pozitivna elektroda, 3 - kartonske dijafragme impregnirane elektrolitom, 4 - omotni papir pozitivne elektrode, 5 - vinil kloridni prsten

Glavni pokazatelji elementa su njegova elektromotorna sila (emf) i napon, čija se vrijednost mjeri voltmetrom (vidi), u prvom slučaju - u nedostatku otpora opterećenja, u drugom - pri povezivanju otpora opterećenja specificirano standardom. E.m.f. elementi mangana i cinka kreću se od 1,5 do 1,8 V, npr. d.s. elementima mangan-zrak-cink iznosi 1.4 V. Vrijednost napona elementa uvijek je manja od e. d.s., razlika između njih raste sa smanjenjem otpora opterećenja. Najvažniji parametri Galvanske baterije su i količina električne energije koju isporučuju te mogućnost dugotrajnog skladištenja (sigurnost). Količina oslobođene energije mjeri se ili trajanjem rada elementa u satima, ili njegovim električnim kapacitetom u - satu. Budući da napon elementa pada tijekom pražnjenja, tada u teh. dokumentacija je uvijek navedena donja granica napon (konačni napon), koji određuje donju granicu njegove izvedbe. Pri određenom konačnom naponu, električni kapacitet elementa, a time i trajanje njegovog rada, također ovisi o temperaturi i vrijednosti otpora opterećenja (vidi tablicu 1), kao i učestalosti pražnjenja.

Kapacitet galvanskih baterija raste s porastom otpora opterećenja i porastom temperature. Najniža temperatura na kojoj elementi mogu raditi: za mangan-cink -20°, za mangan-zrak-cink -5°. Učestalost pražnjenja karakterizira izmjena i trajanje razdoblja pražnjenja i mirovanja elementa. U pravilu, mangan-cink ćelije s povremenim pražnjenjem daju veći kapacitet nego s kontinuiranim pražnjenjem, a mangan-zrak-cink ćelije, naprotiv, daju manje.

Sigurnost galvanskih baterija (ćelija) je razdoblje od trenutka proizvodnje do početka rada, tijekom kojeg proizvod zadržava svoju funkcionalnost. Količina preostalog kapaciteta (ili radnog vremena) određena je standardom i obično iznosi 60-75% od izvorne.

Rok trajanja naveden na etiketi je minimalan i gotovo uvijek su baterije galvanske i ćelije se mogu koristiti neko vrijeme. Njihova prikladnost u ovom slučaju određena je naponom.

Veza elemenata u galvanskim baterijama može biti serijska, paralelna i mješovita. U serijskom spoju, pozitivni pol jednog elementa spojen je s negativnim polom sljedećeg elementa itd. (slika 3).

Riža. 3. Dijagram serijskog povezivanja elemenata

Riža. 4. Shema paralelnog spoja baterijskih elemenata

Riža. 5. Mješoviti spoj baterijskih ćelija

Ova kombinacija elemenata koristi se za stvaranje više visoki napon galvanske baterije, koja je u ovom slučaju izravno proporcionalna broju serijski spojenih elemenata. Kapacitet galvanske baterije se ne mijenja i jednak je kapacitetu pojedinačni element. Paralelna veza se izvodi spajanjem svih pozitivnih polova elemenata s jedne strane, a s druge strane negativnih (sl. 4). Istodobno se povećava kapacitet galvanske baterije, a njezin napon ostaje jednak naponu pojedinog elementa. Za mješovitu vezu koriste se obje gore navedene metode: nekoliko identičnih skupina sastavljeno je serijskim povezivanjem elemenata koji su međusobno povezani paralelno (slika 5). U isto vrijeme, i napon i kapacitet rastu u skladu s tim.

Galvanske baterije se prema namjeni dijele na anodne, mrežne, žarne i lanterne.

Galvanske anodne baterije (Sl. 6) namijenjeni su za napajanje anodnih krugova radio prijamnika.

Riža. 6. Baterija BS-G-70

Njihov napon je relativno visok - od 60 do 120 V. Koriste se za malu struju - od 3 do 12 mA. Tipično, ove galvanske baterije imaju dodatne strujne vodove u obliku utičnice u ploči ili mekih žica, koje vam omogućuju da prvo upotrijebite dio galvanske baterije, a ostatak spojite kako napon pada. Ovaj način rada naziva se sekcijsko pražnjenje i omogućuje, unutar određenih granica, povećanje vijeka trajanja galvanske baterije.

Mrežne baterije galvanski su namijenjeni za stvaranje prednapona na rešetkama radio cijevi.

Riža. 7. Baterija BSG-60-S-8

Koriste serijsku vezu. Napon od 4,5 do 12,0 V. Potrošnja struje ne prelazi 3 mA. Montiraju se u isto kućište s galvanskim anodnim baterijama (slika 7) i sastoje se od njima identičnih elemenata.

Baterije s galvanskom niti (Sl. 8) dizajnirani su za napajanje filamenata radio cijevi.

Riža. 8. Baterija BNS-MVD-500

Kod stacionarnih baterijskih radija (Rodina, Iskra i dr.) galvanske žarne baterije, radi stvaranja većeg kapaciteta, sastoje se od četiri paralelno spojena elementa mangan-cink-zrak. velika veličina. Njihov napon je jednak naponu jednog elementa, a struja potrošnje je od 0,3 do 0,5 A. U baterijama sa žarnom niti galvanskih prijenosnih baterijskih radija koriste se paralelne i mješovite veze malih elemenata. Za baterijski radio Tula, industrija proizvodi komplet za napajanje u posebnom kućištu, koji se sastoji od anode i galvanske baterije sa žarnom niti (slika 9).

Riža. 9. Komplet - napajanje za radio "Tula"

Baterije za galvanske lanterne Dizajniran za napajanje žarulja svjetiljke. Karakterizira ih velika potrošnja struje (od 150 do 280 A) pri niskom naponu (3,0-4,5 V) i male dimenzije. Najrašireniji dobio galvanske baterije tipa KBS-L-0,50 (slika 10), koje se sastoje od tri serijski spojena elementa. Za lampione okruglog presjeka I mjerni instrumenti(ommetri, avometri itd.) industrija proizvodi elemente cilindričan FBS vrsta, serijska veza između kojih se, ako je potrebno, provodi izravno kada se umetnu u tijelo svjetiljke (uređaja).

Riža. 10. Baterija za svjetiljku KBS-L-0,50

Legende elemenata obično imaju četiri dijela. Početni broj označava dimenzije (u mm): br. 2 - 40x40x100, br. 3-55x55x130, br. 6 - 80x80x175; slova - C - suho, L - ljeto, X - otporan na hladnoću; sljedeći brojevi označavaju kapacitet elementa. Dakle, 3S-L-30 znači: element broj 3, suhi, ljetni, kapaciteta 30 na sat. Naziv galvanskih baterija koji počinje sa slovne oznake, sastoji se od 4-5 dijelova, koji imaju sljedeća značenja: B - baterija, A - anoda, N - žarulja, C - suho, G - keksi, F - svjetiljka, K - džep. Broj iza slova za baterije s galvanskom anodom pokazuje napon, za baterije sa žarnom niti - kapacitet. Međutim, ponekad se u oznaci galvanskih anodnih baterija izostavlja slovo A, a na kraju oznake dodaje se drugi brojčani pokazatelj - kapacitet galvanske baterije. Nazivi galvanskih baterija koji počinju brojevima imaju sljedeće značenje: početni broj označava napon, krajnji broj označava kapacitet, slova: MC - sustav cink-mangan, B - označava korištenje atmosferskog kisika, H - žarulja, A - anoda, T - telefon, C - za slušna pomagala, P - ploča. Galvanske baterije namijenjene za napajanje radioaparata dobivaju i trgovačke nazive. Galvanske baterije se označavaju naljepnicom na kojoj je naznačeno: naziv ili zaštitni znak proizvođača, simbol galvanske baterije, nazivni napon, početni kapacitet, jamstveni rok skladištenja i kapacitet na kraju perioda skladištenja.

Utvrđuje se prikladnost galvanskih baterija i ćelija vanjski pregled i mjerenje napona na spuštenim vodičima. Pri pregledu se treba uvjeriti da su odvodnici ispravni i da nema vanjskih nedostataka: lomova, uništenja smole za lijevanje (mastiksa), oštećenja ili namočenosti kućišta. Napon se provjerava voltmetrom; ne smije biti niža od vrijednosti navedenih u tablici. 2. Galvanske baterije su pakirane u drvene kutije bruto težine 65-80 kg, iznutra obložene papirom otpornim na vlagu, a od stijenki odvojene slojem suhih strugotina ili drugog materijala za pakiranje. Galvanske baterije moraju se čuvati na suhom i hladnom mjestu. Visoka vlažnost zraka u skladištu, kao i povišena temperatura, naglo smanjuju njihov vijek trajanja. Niske temperature nisu opasne za galvanske baterije: nakon zagrijavanja potpuno vraćaju svoja svojstva. Galvanske baterije proizvode poduzeća Glavakkumulyatorproma Ministarstva elektrotehnike SSSR-a.

Lit.: Sochevanov V.G., Galvanski elementi, M., 1951; Morozov GG. i Gantmav S.A., Kemijski izvori struje za napajanje komunikacijske opreme, M., 1949.; Konsolidirani katalog kemijskih izvora struje, M., 1950.

Izvori električne energije male snage

Galvanski članci i baterije koriste se za napajanje prijenosne električne i radio opreme.

Galvanske ćelije- ovo su izvori s jednostrukim djelovanjem, baterije- višekratni izvori.

Najjednostavniji galvanski članak

Najjednostavniji element može se napraviti od dvije trake: bakra i cinka, uronjenih u vodu blago zakiseljenu sumpornom kiselinom. Ako je cink dovoljno čist da nema lokalnih reakcija, neće doći do zamjetnih promjena dok se bakar i cink ne povežu žicom.

Međutim, trake imaju različite potencijale jedna u odnosu na drugu, a kada se spoje žicom, u njoj će se pojaviti a. Kako se ova radnja odvija, traka cinka će se postupno otapati, a mjehurići plina će se formirati u blizini bakrene elektrode i skupljati na njezinoj površini. Ovaj plin je vodik, nastao iz elektrolita. Električna struja teče od bakrene trake kroz žicu do cinkove trake, a od nje kroz elektrolit natrag do bakra.

Postupno se sumporna kiselina elektrolita zamjenjuje cinkovim sulfatom, nastalim iz otopljenog dijela cinkove elektrode. Zbog toga se napon elementa smanjuje. Međutim, još veći pad napona uzrokuje stvaranje plinskih mjehurića na bakru. Oba ova djelovanja proizvode "polarizaciju". Takvi elementi nemaju gotovo nikakav praktični značaj.

Važni parametri galvanskih članaka

Veličina napona koju daju galvanski članci ovisi samo o njihovoj vrsti i izvedbi, tj. o materijalu elektroda i kemijski sastav elektrolit, ali ne ovisi o obliku i veličini elemenata.

Jačina struje koja se može dati galvanski članak, ograničen je svojim unutarnjim otporom.

Vrlo važna karakteristika galvanski članak je . Električni kapacitet je količina električne energije koju je galvanska ili baterijska ćelija sposobna isporučiti tijekom cijelog vremena svog rada, tj. prije nego što nastupi konačno pražnjenje.

Kapacitet koji daje element određuje se množenjem jakosti struje pražnjenja, izražene u amperima, s vremenom u satima tijekom kojeg je element pražnjen do početka potpunog pražnjenja. Stoga se električni kapacitet uvijek izražava u amper-satima (A x h).

Na temelju kapaciteta elementa također možete unaprijed odrediti koliko sati će raditi prije nego što se potpuno isprazni. Da biste to učinili, morate podijeliti kapacitet strujom pražnjenja dopuštenom za ovaj element.

Međutim, električni kapacitet nije strogo konstantna vrijednost. Varira u prilično širokim granicama ovisno o radnim uvjetima (načinu) elementa i konačnom naponu pražnjenja.

Ako se element isprazni maksimalnom strujom i bez prekida, tada će dati znatno manji kapacitet. Naprotiv, kada se isti element prazni manjom strujom i uz česte i relativno duge prekide, element će izgubiti svoj puni kapacitet.

Što se tiče utjecaja konačnog napona pražnjenja na kapacitet elementa, mora se imati na umu da tijekom pražnjenja galvanskog elementa njegova radni napon ne ostaje na istoj razini, već se postupno smanjuje.

Uobičajene vrste galvanskih članaka

Najčešći galvanski članci su sustavi mangan-cink, mangan-zrak, cink-zrak i živa-cink sa soli i alkalnim elektrolitima. Suhe mangan-cink ćelije sa slanim elektrolitom imaju početni napon od 1,4 do 1,55 V, vrijeme rada pri temp. okoliš od -20 do -60 o C od 7 sati do 340 sati.

Suhe mangan-cink i cink-zrak ćelije s alkalnim elektrolitom imaju napon od 0,75 do 0,9 V i vrijeme rada od 6 do 45 sati.

Suhe živino-cink ćelije imaju početni napon od 1,22 do 1,25 V i vrijeme rada od 24 do 55 sati.

Najveći jamstveno razdoblje suhi živino-cink elementi imaju rok trajanja do 30 mjeseci.

To su sekundarne galvanske ćelije.Za razliku od galvanskih članaka, u bateriji ne dolazi do kemijskih procesa odmah nakon sastavljanja.

Tako da kemijske reakcije povezane s kretanjem počinju u bateriji električni naboji, morate u skladu s tim promijeniti kemijski sastav njegovih elektroda (i djelomično elektrolita). Ova promjena kemijskog sastava elektroda događa se pod utjecajem električne struje koja prolazi kroz bateriju.

Dakle, da bi baterija proizvodila električnu struju, prvo se mora "napuniti" konstantom elektro šok iz nekog vanjskog izvora struje.

Baterije se također razlikuju od konvencionalnih galvanskih članaka po tome što se nakon pražnjenja mogu ponovno puniti. Na dobra njega iza njih i u normalnim radnim uvjetima, baterije mogu izdržati do nekoliko tisuća punjenja i pražnjenja.
Baterijski uređaj

Trenutno se u praksi najčešće koriste olovne i kadmij-nikal baterije. Za prve je elektrolit otopina sumporne kiseline, a za druge otopina lužina u vodi. Olovne baterije nazivaju se i kiselinske baterije, a nikal-kadmijeve baterije nazivaju se alkalne baterije.

Princip rada baterija temelji se na polarizaciji elektroda. Najjednostavnija kiselinska baterija dizajnirana je na sljedeći način: to su dvije olovne ploče umočene u elektrolit. Kao rezultat kemijske reakcije supstitucije, ploče su prekrivene blagim premazom olovnog sulfata PbSO4, kao što slijedi iz formule Pb + H 2 SO 4 = PbSO 4 + H 2.

Uređaj za kiselinske baterije

Ovo stanje ploča odgovara ispražnjenoj bateriji. Ako sada uključite bateriju na punjenje, tj. spojite je na generator istosmjerna struja, tada će u njemu uslijed elektrolize započeti polarizacija ploča. Kao rezultat punjenja akumulatora, njegove ploče se polariziraju, tj. mijenjaju supstancu svoje površine, te iz homogenih (PbSO 4) prelaze u različite (Pb i Pb O 2).

Baterija postaje izvor struje, a njezina pozitivna elektroda je ploča premazana olovnim dioksidom, a negativna elektroda čista olovna ploča.

Pred kraj punjenja koncentracija elektrolita raste zbog pojave dodatnih molekula sumporne kiseline u njemu.

Ovo je jedna od karakteristika olovna baterija: njegov elektrolit ne ostaje neutralan i sam sudjeluje u kemijske reakcije kada baterija radi.

Pred kraj pražnjenja obje ploče akumulatora ponovno su prekrivene olovnim sulfatom, zbog čega akumulator prestaje biti izvor struje. Baterija se nikada ne dovodi u ovo stanje. Zbog stvaranja olovnog sulfata na pločama, koncentracija elektrolita na kraju pražnjenja opada. Ako stavite bateriju na punjenje, možete ponovno izazvati polarizaciju kako bi je ponovno stavili na pražnjenje itd.

Kako napuniti bateriju

Postoji nekoliko načina za punjenje baterija. Najjednostavnije je normalno punjenje baterije, koje se odvija na sljedeći način. U početku, tijekom 5-6 sati, punjenje se provodi dvostrukom normalnom strujom dok napon na svakoj baterijskoj bateriji ne dosegne 2,4 V.

Normalna struja punjenja određena je formulom I naboj = Q/16

Gdje je Q - nazivni kapacitet baterije, Ah.

Nakon toga, struja punjenja se smanjuje na normalnu vrijednost i punjenje se nastavlja 15 - 18 sati, dok se ne pojave znakovi kraja punjenja.

Moderne baterije

Kadmij-nikl ili alkalne baterije pojavile su se mnogo kasnije od olovnih baterija iu usporedbi s njima napredniji su kemijski izvori struje. Glavna prednost alkalnih baterija u odnosu na olovne baterije je kemijska neutralnost njihovog elektrolita u odnosu na aktivne mase ploča. Zbog toga je samopražnjenje alkalnih baterija puno manje nego kod olovnih baterija. Princip rada alkalnih baterija također se temelji na polarizaciji elektroda tijekom elektrolize.

Za napajanje radijske opreme proizvode se zatvorene kadmij-nikal baterije koje rade na temperaturama od -30 do +50 o C i mogu izdržati 400 - 600 ciklusa punjenja i pražnjenja. Ove baterije su izrađene u obliku kompaktnih paralelopipeda i diskova mase od nekoliko grama do kilograma.

Proizvode nikal-vodikove baterije za napajanje autonomnih objekata. Specifična energija nikal-vodikova baterija je 50 - 60 Wh kg -1.