Գալվանական բջիջի դիագրամ կազմելու համար անհրաժեշտ է հասկանալ դրա գործողության սկզբունքը, կառուցվածքային առանձնահատկությունները:
Սպառողները հազվադեպ են ուշադրություն դարձնում մարտկոցներին և մարտկոցներին, մինչդեռ էներգիայի այս աղբյուրները ամենապահանջվածն են:
Քիմիական հոսանքի աղբյուրներ
Ի՞նչ է գալվանական բջիջը: Դրա միացումը հիմնված է էլեկտրոլիտի վրա: Սարքը ներառում է փոքր տարա, որտեղ գտնվում է էլեկտրոլիտը, որը կլանված է բաժանարար նյութով: Բացի այդ, երկու գալվանական բջիջների սխեման ենթադրում է կաթոդի և անոդի առկայություն: Ինչպե՞ս է կոչվում նման գալվանական բջիջը: Երկու մետաղները միմյանց կապող սխեման ենթադրում է ռեդոքս ռեակցիա։
Ամենապարզ գալվանական բջիջ
Դա ենթադրում է տարբեր մետաղներից պատրաստված երկու թիթեղների կամ ձողերի առկայություն, որոնք ընկղմված են ամուր էլեկտրոլիտային լուծույթի մեջ։ Այս գալվանական բջիջի շահագործման ընթացքում անոդի վրա օքսիդացման գործընթաց է իրականացվում՝ կապված էլեկտրոնների վերադարձի հետ։
Կաթոդում՝ վերականգնում, ուղեկցությամբբացասական մասնիկների ընդունում. Արտաքին սխեմայի միջոցով էլեկտրոնների փոխանցում կա օքսիդացնող նյութ՝ վերականգնող նյութից:
Գալվանական բջիջի օրինակ
Գալվանական բջիջների էլեկտրոնային սխեմաներ ստեղծելու համար անհրաժեշտ է իմանալ դրանց ստանդարտ էլեկտրոդային ներուժի արժեքը: Եկեք վերլուծենք պղինձ-ցինկ գալվանական բջիջի տարբերակը, որն աշխատում է պղնձի սուլֆատի և ցինկի փոխազդեցության ժամանակ թողարկված էներգիայի հիման վրա։
Այս գալվանական բջիջը, որի սխեման կներկայացնենք ստորև, կոչվում է Յակոբի-Դանիելի բջիջ: Այն ներառում է պղնձե ափսե, որը ընկղմված է պղնձի սուլֆատի լուծույթի մեջ (պղնձի էլեկտրոդ), ինչպես նաև բաղկացած է ցինկի թիթեղից, որը գտնվում է իր սուլֆատի լուծույթում (ցինկի էլեկտրոդ): Լուծումները շփվում են միմյանց հետ, սակայն դրանց խառնումը կանխելու համար տարրն օգտագործում է ծակոտկեն նյութից պատրաստված միջնորմ։
Գործողության սկզբունք
Ինչպե՞ս է գործում գալվանական բջիջը, որի շղթան Zn ½ ZnSO4 ½½ CuSO4 ½ Cu է: Իր աշխատանքի ընթացքում, երբ էլեկտրական շղթան փակ է, տեղի է ունենում մետաղական ցինկի օքսիդացման գործընթացը։
Աղային լուծույթի հետ շփման մակերևույթի վրա նկատվում է ատոմների փոխակերպում Zn2+ կատիոնների։ Գործընթացն ուղեկցվում է «ազատ» էլեկտրոնների արտազատմամբ, որոնք շարժվում են արտաքին շղթայի երկայնքով։
Ցինկի էլեկտրոդի վրա տեղի ունեցող ռեակցիան կարող է ներկայացվել հետևյալ կերպ.
Zn=Zn2+ + 2e-
Վերականգնումմետաղական կատիոնները կատարվում են պղնձի էլեկտրոդի վրա: Ցինկի էլեկտրոդից այստեղ ներթափանցող բացասական մասնիկները միավորվում են պղնձի կատիոնների հետ՝ դրանք նստելով մետաղի տեսքով։ Այս գործընթացը հետևյալն է.
Cu2+ + 2e-=Cu
Եթե գումարենք վերը քննարկված երկու ռեակցիաները, ապա կստանանք ընդհանուր հավասարում, որը նկարագրում է ցինկ-պղինձ գալվանական բջիջի աշխատանքը:
Ցինկի էլեկտրոդը գործում է որպես անոդ, պղինձը ծառայում է որպես կաթոդ: Ժամանակակից գալվանական բջիջները և մարտկոցները պահանջում են մեկ էլեկտրոլիտային լուծույթի օգտագործում, որն ընդլայնում է դրանց կիրառման շրջանակը, դարձնում դրանց աշխատանքը ավելի հարմարավետ և հարմարավետ։
Գալվանական բջիջների տարատեսակներ
Ամենատարածվածը ածխածին-ցինկ տարրերն են: Նրանք օգտագործում են պասիվ ածխածնի հոսանքի կոլեկտոր, որը շփվում է անոդի հետ, որը մանգանի օքսիդ է (4): Էլեկտրոլիտը ամոնիումի քլորիդ է, որը կիրառվում է որպես մածուկ։
Այն չի տարածվում, ուստի ինքնին գալվանական բջիջը կոչվում է չոր: Դրա առանձնահատկությունը շահագործման ընթացքում «վերականգնվելու» հնարավորությունն է, ինչը դրականորեն է ազդում դրանց գործառնական շրջանի տևողության վրա: Նման գալվանական բջիջներն ունեն ցածր արժեք, բայց ցածր հզորություն: Երբ ջերմաստիճանն իջնում է, դրանք նվազեցնում են իրենց արդյունավետությունը, իսկ երբ այն բարձրանում է, էլեկտրոլիտը աստիճանաբար չորանում է։
Ալկալային տարրերը ներառում են ալկալային լուծույթի օգտագործում, ուստի դրանք բավականին շատ ենհավելվածներ։
Լիթիումային բջիջներում ակտիվ մետաղը գործում է որպես անոդ, որը դրականորեն է ազդում ծառայության ժամկետի վրա։ Լիթիումը ունի բացասական էլեկտրոդային ներուժ, հետևաբար, փոքր չափսերով, նման տարրերն ունեն առավելագույն անվանական լարում: Նման համակարգերի թերությունների թվում է բարձր գինը: Լիթիումի էներգիայի աղբյուրների բացումը պայթյունավտանգ է։
Եզրակացություն
Ցանկացած գալվանական բջիջի աշխատանքի սկզբունքը հիմնված է կաթոդում և անոդում տեղի ունեցող ռեդոքս գործընթացների վրա: Կախված օգտագործվող մետաղից, ընտրված էլեկտրոլիտի լուծույթը, տարրի ծառայության ժամկետը փոխվում է, ինչպես նաև անվանական լարման արժեքը: Ներկայումս պահանջարկ ունեն լիթիումի, կադմիումի գալվանական բջիջները, որոնք ունեն բավականին երկար սպասարկման ժամկետ։
