Химические источники тока. Классификация, принцип работы

Химические источники тока это такие устройства, в которых химическая энергия непосредственно преобразуется в электрическую. Энергия выделяется в результате окислительно-восстановительной реакции. Во время роботы этого источника идет окисление восстановителя и восстановление окислителя. То есть окислитель получает электроны в результате химической реакции, а восстановитель теряет.

Такую реакцию можно получить, смешав порошки окиси серебра и цинка. Но электрической энергии мы не получим. Энергия выделится в виде тепла в окружающую среду. Чтобы при этом получить электрическую энергию необходимо разделить пространственно процессы восстановления и окисления. Для этого нужно взять два электрода разной природы и поместить их в электролит. Он будет обеспечивать электрический контакт, и препятствовать переходу электронов с одного электрода на другой.

Допустим роль электролита, выполняет водный раствор щелочи. А в качестве электродов будем использовать все те же окись серебра и цинк. Тогда на границе электролита и электрода будет проходить химическая реакция. Цинк будет окисляться, а окись серебра восстанавливается. При окислении цинкового электрода на нем будет, накапливается отрицательный заряд за счёт увеличения количества электронов. А на втором электроде накопится положительный заряд за счет уменьшения тех же электронов.

Таким образом, между электродами возникнет разность потенциалов, то есть электродвижущая сила. Если создать внешнюю цепь, замкнув электроды нагрузкой. То электроны потекут по цепи, создавая ток. Он будет поддерживаться до тех пор, пока не израсходуется один из электродов.

Химические источники тока можно разделить на: первичные вторичные и резервные. Первичные источники тока это такие источники, в которых энергия реакции используется один раз. После этого они приходят в негодность. Их называют гальваническими элементами.

Вторичные источники тока это так называемые аккумуляторы. В отличии от гальванических элементов после разряда их можно использовать повторно при этом всего лишь зарядив от внешнего источника тока. Потому они и называются вторичными, так как для их работы необходим первичный источник тока зарядное устройство. В результате химической реакции в аккумуляторах не происходит необратимых изменений.

Как гальванические элементы, так и аккумуляторы можно включат как последовательно, так и параллельно для получения необходимых токов и напряжений.

Резервные источники тока по сути те же гальванические элементы. Они могут быть использованы только один раз. Их особенность заключается в том, что во время хранения электролит не соприкасается с электродами. Он находится в химически нейтральных для данного электролита емкостях между электродами. То есть в неактивном состоянии в таком источнике не проходит окислительно восстановительная реакция.

В случае появления необходимости в источнике тока капсулы с электролитом разрушаются. Существует множество конструкций капсул и методов их разрушения. И электролит вступает в реакцию с электродами. Сразу же после этого гальванический элемент можно использовать. В неактивном состоянии такие элементы можно хранить 10-15 лет.

Отдельным видом химических элементов являются топливные элементы. Их особенностью является то, что они могут долгое время вырабатывать электрическую энергию. Пока к ним будут подводиться химические реагенты в жидком или газообразном виде, чтобы поддерживать окислительно восстановительную реакцию.