Вступ. 
Хімічні джерела струму

Хімічні джерела струму (ХДС) протягом багатьох років міцно увійшли в наше життя. У побуті споживач рідко звертає увагу на відмінності використовуваних ХДС. Наприклад, батарейки і акумулятори. Зазвичай вони використовуються в пристроях таких, як кишенькові ліхтарі, іграшки, радіоприймачі або автомобілі.

У тому випадку, коли споживана потужність порівняно велика (10Ач), використовуються акумулятори, в основному кислотні, а також нікель-залізні і нікель-кадмієві. Вони застосовуються в портативних ЕОМ (Laptop, Notebook, Palmtop), у засобах зв’язку, аварійному освітленні і т.д.

В останні роки такі акумулятори широко застосовуються в резервних джерелах живлення ЕОМ і електромеханічних системах, що накопичують енергію для можливих пікових навантажень і аварійного живлення електроенергією життєво-важливих систем.

ГАЛЬВАНІЧНІ ДЖЕРЕЛА СТРУМУ

Гальванічні джерела струму одноразової дії являють собою уніфікований контейнер, в якому знаходяться електроліт, абсорбований активним матеріалом сепаратора, і електроди (анод і катод), тому вони називаються сухими елементами. Цей термін використовується стосовно всіх елементів, що не містить рідкого електроліту. До звичайних сухих елементів відносяться вуглецево-цинкові елементи.

Сухі елементи застосовуються при малих токах і переривчастих режимах роботи. Тому такі елементи широко використовуються в телефонних апаратах, іграшках, системах сигналізації та ін.

Дія будь-якого гальванічного елемента заснована на протіканні в ньому окислювально-відновної реакції. У простому випадку гальванічний елемент складається з двох пластин або стрижнів, виготовлених з різних металів і занурених у розчин електроліту. Така система робить можливим просторовий поділ окислювально-відновлювальної реакції: окислення протікає на одному металі, а відновлення — на другому. Таким чином, електрони передаються від відновлювача до окислювача по зовнішньому ланцюзі.

Розглянемо як приклад мідно-цинковий гальванічний елемент, що працює за рахунок енергії в реакції між цинком і сульфатом міді. Цей елемент (елемент Якобі-Даніеля) складається з мідної пластини, зануреної в розчин сульфату міді (мідний електрод), і цинкової пластини, зануреної в розчин сульфату цинку (цинковий електрод). Обидва розчини стикаються один з одним, але для попередження змішування вони розділені перегородкою, виготовленою з пористого матеріалу.

Під час роботи елемента, тобто при замкнутому ланцюзі, цинк окислюється: на поверхні його зіткнення з розчином атоми цинку перетворюються в іони, які гідратуючись, переходять в розчин. Вивільнені при цьому електрони рухаються по зовнішньому ланцюзі до мідного електрода. Вся сукупність цих процесів схематично зображається рівнянням напів реакціі, або електрохімічним рівнянням:

Zn = Zn2 + + 2e;

На мідному електроді протікає відновлення іонів міді. Електрони, які приходять сюди від цинкового електрода, з'єднуються з вихідними з розчину дегідратуючими іонами міді; утворюються атоми міді, які виділяються у вигляді металу. Відповідне електрохімічне рівняння має вигляд:

Cu2 + + 2e-= Cu.

Сумарне рівняння реакції, що протікає в елементі, вийде при складанні рівнянь обох напівреакцій. Таким чином, при роботі гальванічного елемента, електрони від відновлювача переходять до окислювача із зовнішнього ланцюга, на електродах йдуть електрохімічні процеси, в розчині спостерігається спрямований рух іонів.

Електрод, на якому протікає окислювання, називається анодом (цинк).

Електрод, на якому протікає відновлення, називається катодом (мідь).

Впринципі електричну енергію може дати будь-яка окислювально-відновна реакція. Проте, число реакцій, практично використаних у хімічних джерелах електричної енергії, невелике. Це пов’язано з тим, що не всяка окислювально-відновлювальна реакція дозволяє створити гальванічний елемент, що володіє технічноцінними властивостями. Крім того, багато окислювально-відновніреакції вимагають витрати дорогих речовин.

На відміну від мідно-цинкового елемента, у всіх сучасних гальванічних елементах і акумуляторах використовують не два, а один електроліт; такі джерела струму значно зручніші в експлуатації.