Основные понятия химических источников тока

Справочная информация > ХИТ - химические источники тока > Принципиальное устройство химических источников тока >

Химические источники тока (ХИТ) являются преобразователями химической энергии в электрическую. Во время работы (разряда) в них происходит химическая реакция взаимодействия двух реагентов. Энергия этой реакции выделяется в виде энергии постоянного электрического тока.

Преобразование химической энергии в электрическую происходит и в других установках, например в энергоблоках тепловых электростанций или в дизель-электрических агрегатах. В них энергия горения топлива превращается сначала в тепловую энергию (в топке, камере сгорания), затем — в механическую (в турбине, цилиндре двигателя внутреннего сгорания) и лишь после этого — в электрическую энергию (в электрическом генераторе). В отличие от такого многоступенчатого процесса в ХИТ энергия преобразуется непосредственно, од-ноступенчато, без промежуточного образования других видов энергии.
Таким образом, химический источник тока — это устройство, в котором энергия химической реакции непосредственно превращается в электрическую энергию.

Существует много вариантов ХИТ, отличающихся размерами, конструктивными особенностями и природой протекающей в них токообразующей реакции. В зависимости от варианта меняются показатели и эксплуатационные свойства. Такое разнообразие вполне оправдано, так как ХИТ используются в различных условиях и каждая область применения имеет свои специфические особенности.

ХИТ состоит из одной или нескольких единичных ячеек — гальванических элементов. Напряжение отдельного такого элемента невысокое — в зависимости от варианта оно колеблется от 0,5 до 4 В. Когда требуются более высокие напряжения, Необходимое число элементов соединяется последовательно в гальваническую батарею.

По принципу работы гальванические элементы (и ХИТ в целом) делятся на группы:

а)   первичные элементы (элементы одноразового действия, иногда называемые гальваническими элементами или просто элементами). В первичных элементах заложен определенный запас реагентов, вступающих в реакцию; после израсходования этого запаса (после полного разряда) первичные элементы теряют работоспособность;

б)  аккумуляторы (элементы многоразового действия, перезаряжаемые, вторичные или обратимые элементы). Аккумуляторы после разряда допускают повторный заряд1 путем пропускания тока от внешней цепи в обратном направлении; при этом из продуктов реакции регенерируются исходные реагенты.
Таким образом, при заряде в аккумуляторе в виде химической энергии накапливается электрическая энергия от внешнего источника; при разряде она возвращается потребителю. Большинство аккумуляторов допускает проведение большого числа таких циклов заряда-разряда (сотни и тысячи), т. е. общая длительность их работы велика, хотя работа является прерывистой;

в) топливные элементы. В топливные элементы в процессе работы непрерывно подводятся новые порции реагентов и одновременно удаляются продукты реакции, поэтому они могут разряжаться непрерывно в течение длительного времени.

Деление на первичные элементы и аккумуляторы не вполне строго, так как в определенных условиях первичные элементы могут быть повторно заряжены; с другой стороны, аккумуляторы иногда используются только для единичного разряда, без последующего заряда.

Существуют также две промежуточные группы гальванических элементов. В комбинированных (полутопливных) элементах заложен запас только одного из реагентов, в то время как второй при работе непрерывно подается извне. Длительность работы такого источника определяется запасом первого реагента. Если этот реагент может быть регенерирован пропусканием тока, комбинированный элемент работает как аккумулятор. В возобновляемых (механически или химически перезаряжаемых) элементах предусмотрена возможность замены после окончания разряда израсходованных реагентов на новые порции. Таким образом, в отличие от топливных эти элементы работают не с непрерывным, а с периодическим возобновлением реагентов. Часто возобновляемые элементы являются комбинированными, и в них периодически заменяется запас только одного из реагентов.