Гальванические элементы, первичные элементы (ртутный элемент и топливный элемент) и производство электроэнергии
Гальванические элементы подразделяются в соответствии с их природой для выработки электроэнергии для первичных и вторичных элементов. Все они являются системами, вырабатывающими электроэнергию в результате спонтанной реакции окисления-восстановления. Топливный элемент — это первичный элемент, который используется для производства электроэнергии без потребляя его компоненты, топливный элемент используется в космических кораблях и космических ракетах .
Первичные клетки
Они представляют собой гальванические элементы, которые преобразуют накопленную химическую энергию в электрическую энергию посредством спонтанной необратимой (окислительно-восстановительной) реакции. Первичный элемент является необратимым элементом, потому что его не только легко, но и невозможно перезарядить, чтобы вернуть его составляющие в исходное состояние. , Первичные элементы перестают работать, когда анодный материал израсходован, а ионы катодной полуячейки уменьшаются.
Они экономят энергетические системы в виде химической энергии, которая может быть преобразована в электрическую энергию в желаемое время, этот тип элементов не может быть перезаряжен, потому что их химические вещества потребляются, Невозможно перезарядить, например, сухой элемент и ртуть. клетка.
Первичные элементы легко использовать, особенно в мобильном оборудовании. Они известны как сухие элементы, потому что первичные элементы должны находиться в сухой форме, а не в жидкости. Первичные элементы реализуют постоянный потенциал для длительной работы, возможность их изготовления в маленькие клетки.
Вторичные клетки
Вторичные элементы — это гальванические элементы, которые преобразуют накопленную химическую энергию в электрическую энергию посредством спонтанной обратимой (окислительно-восстановительной) реакции и могут перезаряжаться путем пропускания электрического тока от внешнего источника между их полюсами в направлении, противоположном процессу разряда, например как щелочная никель-кадмиевая батарея, свинцово-кислотная батарея и литий-ионная батарея .
Ячейка ртути
Эта ячейка изготавливается в форме цилиндра или диска. Она отличается небольшим объемом и плотно закрыта. Она используется в наушниках, часах и фотоаппаратах из-за небольшого объема . Ртутная ячейка является первичной ячейкой, поскольку окисление- реакция восстановления является спонтанной и протекает в необратимой форме. Мы должны избавиться от ртутного элемента безопасным способом после его использования, потому что он содержит ртуть, которая является ядовитым материалом.
Структура ртутного элемента
Анод (отрицательный полюс): цинк (Zn)
Анодная реакция: Zn → Zn ++ + 2e —
Катод (положительный полюс): оксид ртути (HgO) и графит.
Катодная реакция: Hg ++ + 2e — → Hgº
Электролит — гидроксид калия (КОН). Изолятор изготовлен из тонкого пористого слоя пластика, разделенного между анодом и катодом, но он позволяет ионам проходить.
Znº (s) + HgO (L) → ZnO (s) + Hgº (L) , ЭДС ячейки = 1,35 вольт
Топливная ячейка
Топливный элемент — это первичный электрохимический элемент, в котором химическая энергия преобразуется в электрическую энергию с использованием топлива, поэтому он не может быть потреблен и не накапливает энергию. Этот элемент изготовлен для управления энергией, производимой при сжигании водорода ( реакция с кислородом) и предназначена для использования в топливных двигателях космических кораблей и ракетах .
Он состоит из двух электродов (анода и катода), каждый из которых похож на полый контейнер, покрытый слоем пористого углерода, который соединяет внутреннее пространство с электролитом (КОН). Топливо представляет собой смесь водорода и кислорода из Внешний источник. Электролит — раствор гидроксида калия (КОН).
Эта батарея не хранит выработанную энергию, как другие батареи, потому что она требует непрерывной подачи топлива и непрерывного удаления продукта . Топливный элемент играет важную роль в ракетах, потому что его газообразное топливо (смесь водорода и кислорода) такое же. топливо, используемое при запуске ракет .
Анодная (окислительная) реакция:
2 H 2 + 4 OH — → 4 H 2 O + 4 e — , Eº = 0,83 В
Катодная (восстановительная) реакция:
O 2 + 2 H 2 O + 4 e — → 4 OH — , Eº = 0,4 В
Общая клеточная реакция:
2 H 2 + O 2 → 2 H 2 O + Энергия, ячейка E = 1,23 В
Электродвижущая сила = 1,23 В
Преимущества: он не может потребляться, как другие гальванические элементы, потому что он питается топливом из внешнего источника, топливный элемент работает при высокой температуре, производимая вода испаряется, и ее можно конденсировать для повторного использования в качестве питьевой воды для космонавтов.
Недостатки: он не сохраняет энергию, потому что требует непрерывной подачи топлива и непрерывного удаления продуктов.