გალვანური უჯრედის დიაგრამის შედგენისთვის აუცილებელია მისი მოქმედების პრინციპის, სტრუქტურული თავისებურებების გაგება.
მომხმარებლები იშვიათად აქცევენ ყურადღებას ბატარეებსა და ბატარეებს, მაშინ როცა ენერგიის ეს წყაროები ყველაზე მოთხოვნადია.
ქიმიური დენის წყაროები
რა არის გალვანური უჯრედი? მისი წრე დაფუძნებულია ელექტროლიტზე. მოწყობილობა მოიცავს პატარა კონტეინერს, სადაც განთავსებულია ელექტროლიტი, რომელიც შეიწოვება გამყოფი მასალის მიერ. გარდა ამისა, ორი გალვანური უჯრედის სქემა ითვალისწინებს კათოდისა და ანოდის არსებობას. რა ჰქვია ასეთ გალვანურ უჯრედს? სქემა, რომელიც აკავშირებს ორ ლითონს, გვთავაზობს რედოქს რეაქციას.
უმარტივესი გალვანური უჯრედი
იგულისხმება სხვადასხვა ლითონისგან დამზადებული ორი ფირფიტის ან ღეროს არსებობას, რომლებიც ჩაძირულია ძლიერ ელექტროლიტის ხსნარში. ამ გალვანური უჯრედის მუშაობის დროს ანოდზე მიმდინარეობს ჟანგვის პროცესი, რომელიც დაკავშირებულია ელექტრონების დაბრუნებასთან.
კათოდზე - აღდგენა, თანხლებითუარყოფითი ნაწილაკების მიღება. ხდება ელექტრონების გადატანა გარე წრეში ოქსიდიზატორში შემცირების აგენტიდან.
გალვანური უჯრედის მაგალითი
გალვანური უჯრედების ელექტრონული სქემების შესაქმნელად, საჭიროა ვიცოდეთ მათი სტანდარტული ელექტროდის პოტენციალის მნიშვნელობა. მოდით გავაანალიზოთ სპილენძ-თუთიის გალვანური უჯრედის ვარიანტი, რომელიც მოქმედებს სპილენძის სულფატის თუთიასთან ურთიერთქმედების დროს გამოთავისუფლებული ენერგიის საფუძველზე.
ამ გალვანურ უჯრედს, რომლის სქემაც ქვემოთ იქნება მოცემული, იაკობი-დანიელის უჯრედი ეწოდება. მასში შედის სპილენძის ფირფიტა, რომელიც ჩაეფლო სპილენძის სულფატის ხსნარში (სპილენძის ელექტროდი), ასევე შედგება თუთიის ფირფიტისგან, რომელიც არის მისი სულფატის ხსნარში (თუთიის ელექტროდი). ხსნარები ერთმანეთთან კონტაქტშია, მაგრამ მათი შერევის თავიდან ასაცილებლად ელემენტი იყენებს ფოროვანი მასალისგან დამზადებულ დანაყოფს.
ოპერაციის პრინციპი
როგორ ფუნქციონირებს გალვანური უჯრედი, რომლის წრეა Zn ½ ZnSO4 ½½ CuSO4 ½ Cu? მისი მუშაობის დროს, როდესაც ელექტრული წრე იკეტება, ხდება მეტალის თუთიის დაჟანგვის პროცესი.
მარილის ხსნართან მის კონტაქტურ ზედაპირზე შეიმჩნევა ატომების ტრანსფორმაცია Zn2+ კატიონებად. პროცესს თან ახლავს „თავისუფალი“ელექტრონების გამოყოფა, რომლებიც მოძრაობენ გარე წრედის გასწვრივ.
თუთიის ელექტროდზე მიმდინარე რეაქცია შეიძლება წარმოდგენილი იყოს შემდეგნაირად:
Zn=Zn2+ + 2e-
აღდგენალითონის კათიონები ხორციელდება სპილენძის ელექტროდზე. ნეგატიური ნაწილაკები, რომლებიც აქ შედიან თუთიის ელექტროდიდან, ერწყმის სპილენძის კათიონებს და ათავსებენ მათ ლითონის სახით. ეს პროცესი შემდეგია:
Cu2+ + 2e-=Cu
თუ დავამატებთ ზემოთ განხილულ ორ რეაქციას, მივიღებთ ჯამურ განტოლებას, რომელიც აღწერს თუთია-სპილენძის გალვანური უჯრედის მუშაობას.
თუთიის ელექტროდი მოქმედებს როგორც ანოდი, სპილენძი არის კათოდი. თანამედროვე გალვანური უჯრედები და ბატარეები საჭიროებენ ერთი ელექტროლიტური ხსნარის გამოყენებას, რაც აფართოებს მათი გამოყენების ფარგლებს, ხდის მათ მუშაობას უფრო კომფორტულს და კომფორტულს.
გალვანური უჯრედების ჯიშები
ყველაზე გავრცელებულია ნახშირბად-თუთიის ელემენტები. ისინი იყენებენ პასიურ ნახშირბადის დენის კოლექტორს ანოდთან კონტაქტში, რომელიც არის მანგანუმის ოქსიდი (4). ელექტროლიტი არის ამონიუმის ქლორიდი, გამოიყენება პასტის სახით.
ის არ ვრცელდება, ამიტომ თავად გალვანურ უჯრედს მშრალი ეწოდება. მისი მახასიათებელია "აღდგენის" შესაძლებლობა ექსპლუატაციის დროს, რაც დადებითად მოქმედებს მათი საოპერაციო პერიოდის ხანგრძლივობაზე. ასეთ გალვანურ უჯრედებს აქვთ დაბალი ღირებულება, მაგრამ დაბალი სიმძლავრე. როდესაც ტემპერატურა ეცემა, ისინი ამცირებენ ეფექტურობას, ხოლო როდესაც ის იზრდება, ელექტროლიტი თანდათან შრება.
ტუტე ელემენტები მოიცავს ტუტე ხსნარის გამოყენებას, ამიტომ მათ საკმაოდ ბევრი აქვთაპლიკაციები.
ლითიუმის უჯრედებში აქტიური ლითონი მოქმედებს როგორც ანოდი, რაც დადებითად მოქმედებს მომსახურების ხანგრძლივობაზე. ლითიუმს აქვს უარყოფითი ელექტროდის პოტენციალი, ამიტომ, მცირე ზომებით, ასეთ ელემენტებს აქვთ მაქსიმალური ნომინალური ძაბვა. ასეთი სისტემების მინუსებს შორის არის მაღალი ფასი. ლითიუმის ენერგიის წყაროების გახსნა ფეთქებადია.
დასკვნა
ნებისმიერი გალვანური უჯრედის მუშაობის პრინციპი ეფუძნება რედოქს პროცესებს, რომლებიც მიმდინარეობს კათოდსა და ანოდში. გამოყენებული ლითონის მიხედვით, შერჩეული ელექტროლიტური ხსნარი, ელემენტის მომსახურების ვადა იცვლება, ისევე როგორც ნომინალური ძაბვის მნიშვნელობა. ამჟამად მოთხოვნადია ლითიუმის, კადმიუმის გალვანური უჯრედები, რომლებსაც აქვთ საკმაოდ ხანგრძლივი მომსახურების ვადა.
