Химические источники тока
Химические источники тока, устройства, вырабатывающие электрическую энергию за счёт прямого преобразования химической энергии окислительно-восстановительных реакций. Первые Х. и. т. созданы в 19 в. (Вольтов столб, 1800; элемент Даниела - Якоби, 1836; Лекланше элемент, 1865, и др.). До 60-х гг. 19 в. Х. и. т. были единственными источниками электроэнергии для питания электрических приборов и для лабораторных исследований. Основу Х. и. т. составляют два электрода (один - содержащий окислитель, другой - восстановитель), контактирующие с электролитом. Между электродами устанавливается разность потенциалов - электродвижущая сила (эдс), соответствующая свободной энергии окислительно-восстановительной реакции. Действие Х. и. т. основано на протекании при замкнутой внешней цепи пространственно разделённых процессов: на отрицательном электроде восстановитель окисляется, образующиеся свободные электроны переходят по внешней цепи (создавая разрядный ток) к положительному электроду, где участвуют в реакции восстановления окислителя.
В зависимости от эксплуатационных особенностей и от электрохимической системы (совокупности реагентов и электролита) Х. и. т. делятся на гальванические элементы (обычно называются просто элементами), которые, как правило, после израсходования реагентов (после разрядки) становятся неработоспособными, и аккумуляторы, в которых реагенты регенерируются при зарядке - пропускании тока от внешнего источника (см. Зарядное устройство). Такое деление условно, т.к. некоторые элементы могут быть частично заряжены. К важным и перспективным Х. и. т. относятся топливные элементы (электрохимические генераторы), способные длительно непрерывно работать за счёт постоянного подвода к электродам новых порций реагентов и отвода продуктов реакции. Конструкция резервных химических источников тока позволяет сохранять их в неактивном состоянии 10-15 лет (см. также Источники тока).
С начала 20 в. производство Х. и. т. непрерывно расширяется в связи с развитием автомобильного транспорта, электротехники, растущим использованием радиоэлектронной и др. аппаратуры с автономным питанием. Промышленность выпускает Х. и. т., в которых преимущественно используются окислители PbO2, NiOOH, MnO2 и др., восстановителями служат Pb, Cd. Zn и др. металлы, а электролитами - водные растворы щелочей, кислот или солей (см., например, Свинцовый аккумулятор).
Основные характеристики ряда Х. и. т. приведены в табл. Лучшие характеристики имеют разрабатываемые Х. и. т. на основе более активных электрохимических систем. Так, в неводных электролитах (органических растворителях, расплавах солей или твёрдых соединениях с ионной проводимостью) в качестве восстановителей можно применять щелочные металлы (см. также Расплавные источники тока). Топливные элементы позволяют использовать энергоёмкие жидкие или газообразные реагенты.
Лит.: Дасоян М. А., Химические источники тока, 2 изд., Л., 1969: Романов В. В., Хашев Ю. М., Химические источники тока, М., 1968; Орлов В. А., Малогабаритные источники тока, 2 изд., М., 1970; Вайнел Д. В., Аккумуляторные батареи, пер. с англ., 4 изд., М. - Л., 1960; The Primary Battery, ed. G. W. Heise, N. C. Cahoon, v. 1, N. Y. - L., 1971.
? В. С. Багоцкий.
Характеристики химических источников тока Тип источника тока Состоя- ние разра- ботки* Электрохи- мическая
?система Разряд-
ное напря-
жение, в Удельная энергия, втЇч/кг Удельная мощность, вт/кг Другие показатели Номи- нальная Макси- мальная Гальванические элементы Сохранность, годы
Марганцевые солевые А
(+) MnO2? |? NCl, ZnCl2
|/span> 1,5-1,0 20-60 2-5 20 1-3
Марганцевые щелочные А
(+)MnO2| KOH
|/span> 1,5-1,1 60-90 5 20 1-3
Ртутно-цинковые А
(+)HgO | KOH
|? Zn 1,3-1,1 110-120 2-5 10 3-5
Литиевые неводные Б
(+) (C) > SOCl2,
LiAlCl4 > Li(-) 3,2-2,6 300-450 10-20 50 1-5 Аккумуляторы Срок службы, циклы
Свинцовые кислотные А
(+)PbO2 |
H2SO4 | Pb(-) ?? 2,0-1,8 25-40 4 100 300
Кадмиево- и железо-никелевые щелочные А
(+)NiOOH |
KOH | Cd,
Fe(-) 1,3-1,0 25-35 4 100 2000
Серебряно-цинковые А
(+)Ag2O AgO |
KOH | Zn(-) 1,7-1,4 100-120 10-30 600 100
Никель-цинковые Б
(+)NiOOH |
KOH | Zn(-) 1,6-1,4 60 5-10 200 100-300
Никель-водородные Б
(+)NiOOH | KOH |>
H/sub>(Ni) (-) 1,3-1,1 60 10 40 1000
Цинк-воздушные В
(+)O2(C) |
KOH |/span> 1,2-1,0 100 5 20 (100)
Серно-натриевые В
(+)SnaO`
92O3| Na(-) 2,0-1,8 200 50 200 (1000) Топливные элементы Ресурс работы, ч
Водородно-кислородные Б
(+)O2(C,Ag) >
KOH |
H/sub>(Ni)(-) 0,9-0,8 - - 30-60 1000-5000
Гидразино-кислородные Б
(+)O2(C,Ag) >
KOH |2H4(Ni)(-) 0,9-0,8 - - 30-60 1000-2000
* A - серийное производство, Б - опытное производство, В - в стадии разработки (характеристики ожидаемые).
Примечание. Характеристики (особенно удельная мощность) ориентировочные, так как данные разных фирм и разных авторов не совпадают.