Хімічні джерела струму - Курсовая работа

В сучасному світі широко використовуються багато явищ, що описуються за допомогою фізики і хімії. Хімічні джерела струму стали рішенням дуже багатьох проблем, а саме, як можна отримувати автономний струм, що отримується з маленьких елементів, відносно дешевий вид отримання струму.До винаходу гальванічних елементів єдиним джерелом електрики були електричні електростатичні машини (назва походить від грецького слова "електрон" - бурштин; зі старовини була відома здатність шматків бурштину заряджатися при терті і притягати легкі предмети). Такі машини дозволяли проробляти деякі досліди (наприклад, за допомогою іскри можна було підпалити ефір), однак вони не могли давати електричний струм протягом хоча б декількох секунд. Спочатку це були чашечки з розчином кислоти, у яку були опущені металеві смужки, потім - кружечки з цинку і міді (чи срібла), розділені прокладками з папера, тканини, що були пропитані розчином лугу або просто розсолом. Тому цинковий електрод гальванічного елементу - це анод, а мідний - катод (при електролізі солей цинку він виділяється на катоді, тому що при цьому цинк не окислюється, а відновлюється: Zn2 2e = Zn; аналогічно при електролізі з мідним анодом мідь окислюється: Cu - 2e = Cu2 , так що визначення катода й анода залишається в силі) Щоб визначити стандартний електродний потенціал металу, вимірюють ЭРС гальванічного елемента, один з електродів якого - досліджуваний метал, занурений у розчин його солі (при концентрації 1 моль/л), а другий електрод - еталонний (його ще називають водневим).Це повязано з тим, що елемент повинен мати досить велику електричну ємність, високу швидкість і оборотність електрохімічних процесів, стабільність при експлуатації, технологічність і економічність виробництва. Всі хімічні джерела струму (ХДС) поділяються на три групи: джерела струму одноразової дії (гальванічні елементи), джерела струму багаторазової дії (акумулятори), паливні елементи. У первинних ХДС електродні матеріали завантажуються в елемент при виготовленні, і елемент експлуатується, поки його напруга не впаде до деякого критичного значення. Процеси заряду і розряду утворюють цикл роботи акумулятора. Електрорушійна сила (ЕРС) хімічного джерела струму, як і будь-якого електрохімічного кола, визначається різницею потенціалів електродів (анода і катода) при розімкненому зовнішньому колі.Одними з найбільш поширених первинних ХДС є мангано-цинкові елементи, виробництво яких становить близько 3 млрд. одиниць на рік. Це сольові елементи (система Лекланше): (-) Zn | 20% - ний розчин NH4Cl | MNO2 | C ( ) та лужні До розчину хлориду амонію додається невелика кількість хлориду цинку, хлориду кальцію і хлориду ртуті. Хлорид ртуті виконує подвійну функцію: з одного боку, ртуть із хлориду частково осідає на цинку (Zn HGCL2 = ZNCL2 Hg), поверхня якого внаслідок цього амальгамується і стає більш однорідною, що зменшує саморозряд. Останнім часом виготовляють елементи без домішок сполук ртуті, які замінюють органічними інгібіторами.В акумуляторах при пропусканні крізь них електричного току від зовнішнього ланцюгу (заряд) йдуть хімічні реакції в електродах і розчинах, близькі до оборотних, і робота електричного току акумулюється у вигляді вільної енергії продуктів реакції.Ізобарний потенціал цієї реакції відображає зникнення твердих свинцю і його діоксину, виникнення твердого сульфату свинцю, а також зникнення 2 моль сірчаної кислоти і виникнення 2 моль води: Так як хімічні потенціали твердих фаз постійні (при даних температурі і тиску), то Ізобарний потенціал і ЕРС акумулятора залежать від концентрації сірчаної кислоти (точніше - від активності компонентів розчину).Значення для цієї реакції неповинно залежати від концентрації лугу, так як в сумарній реакції приймають участь тільки тверді речовини. Однак реакції на електродах супроводжуються зміною концентрацією лугу і утворенням різниці концентрації у двох електродів: Ця різниця повинна визначати концентраційну поляризацію, котра зменшує ЕРС елементу.Анодом є пориста цинкова пластинка, катодом оксиди срібла Ag2O і AGO, отримані електролітичним окисненням металічного срібла. Процес проходить у дві стадії: AGO відновлюється спочатку до Ag2O, далі до металічного срібла. При малій густині струму напруга падає на 0,3 В при переході від першої стадії до другої. В таких акумуляторах на відміну від свинцевих і лужних електроліт в реакціях заряду і розряду не приймає участі, саме цьому його можна брати в малій кількості.У наш час велика частина електроенергії виробляється на теплових електростанціях при спалюванні природних енергоносіїв (вугілля, нафти, природного газу). При цьому процес перетворення хімічної енергії палива в електричну проходить через три стадії: перетворення хімічної енергії у теплову при згоранні палива; далі - теплової енергії у механічну роботу у паровій машині; нарешті, перетворення механічної роботи в електроенергію у генераторі. На всіх цих стадіях втрачається енергія і коефіцієнт корисної дії (ККД) сучасних теплових електростанцій

ЗМІСТ

ВСТУП 2

1. ІСТОРІЯ ВІДКРИТТЯ І РОЗВИТКУ ХІМІЧНИХ ДЖЕРЕЛ СТРУМУ 3

2. ХІМІЧНІ ДЖЕРЕЛА СТРУМУ 14

2.1 ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА 14

2.2 ПЕРВИННІ ДЖЕРЕЛА СТРУМУ 16

2.3 ВТОРИННІ ДЖЕРЕЛА СТРУМУ АБО АКУМУЛЯТОРИ 18

2.3.1 СВИНЦЕВИЙ КИСЛОТНИЙ АКУМУЛЯТОР 19

2.3.2 КАДМІЄВО-НІКЕЛЕВИЙ ЛУЖНИЙ АКУМУЛЯТОР 21

2.3.4 СРІБНО-ЦИНКОВИЙ ЛУЖНИЙ АКУМУЛЯТОР 22

2.4 ПАЛИВНІ ЕЛЕМЕНТИ 23

2.5 ХІМІЧНІ ДЖЕРЕЛА СТРУМУ НА ОСНОВІ НЕВОДНИХ ЕЛЕКТРОЛІТІВ 26

ВИСНОВКИ 30

ВИКОРИСТАНА ЛІТЕРАТУРА 31