ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы ОСНОВЫ ТЕОРИИ, КОНСТРУКЦИИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ХИМИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ ТОКА Вопросы теории ХИТ из "Химические источники тока" В пособии даны основы теории, конструкции и эксплуатации химических источников тока (ХИТ). Рассмотрены наиболее распространенные первичные элементы и аккумуляторы, их устройство и характеристики. Представлены также литиевые элементы, резервные и топливные батареи, металло-газовые аккумуляторы. Книга не имеет-аналогии в отечественной и зарубежной литературе и может быть-полезна инженерно-техническим и научным работникам, связанным с разработкой, производством, эксплутацней и применением ХИТ. [c.4] Цель настоящего учебного пособия — строгое и вместе с тем доступное изложение вопросов теории, устройст ва и характеристик основных типов химических источников тока (ХИТ). Пособие написано для студентов-элект-рохимиков на основе лекционного курса, читаемого в Ленинградском технологическом институте им. Ленсовета. [c.5] Химические источники тока составляют одно из наиболее быстро развивающихся направлений прикладной электрохимии, тесно связанное с электротехникой. Проблемы развития ХИТ координируются многими отраслями науки и техники, для которых химический источник тока— это прежде всего блок автономного энергоснабжения. Поэтому достижения в области ХИТ нередко определяют прогресс научно-технических направлений, создают предпосылки для разработки современной техники от космических аппаратов до товаров народного потребления. И наоборот, возникающие трудности на пути создания совершенных источников тока тормозят развитие других отраслей техники. [c.5] В пособии рассматриваются главным образом типы современных источников тока, которые находят наиболее широкое применение или являются перспективными в ближайшем будущем. Придается большое значение общим вопросам теории, конструкции и эксплуатации. [c.5] 7 написана М. А. Дасояном, гл. 10 и 11 — В. А. Никольским, остальной материал подготовлен В. Н. Ва-рыпаевым. Любые замечания и пожелания будут приняты авторами с благодарностью. [c.5] История возникновения и развития химических источников тока нашего времени связана с именами итальянских ученых Л. Гальвани и А. Вольта. В 1791 г. Л. Галь-вани, случайно реализовав электрохимическую цепь (электролитом служила физиологическая жидкость мышцы лягушки), выдвинул идею животного электричества . Иное толкование этим Опытам дал А. Вольта. В 1800 г. в качестве доказательства своих взглядов он представил устройства, которые генерировали электрический ток в цепи, не содержащей животные ткани (рис. В.1), — знаменитый вольтов столб. [c.6] Изобретение А. Вольта произвело научную сенсацию. Особое внимание привлекло действие электрического тока на химические вещества. Уже в 1800 г. Э. Карлейль и У. Никольсон наблюдали разложение воды на кислород и водород. В 1801 г. русский естествоиспытатель А. А. Мусин-Пушкин продемонстрировал химическое действие вольтова столба на заседании Петербургской Академии наук. Пропуская гальванический ток через увлажненные куски гидроксидов, Г, Дэви (1807) впервые получил металлические натрий и калий. К этому времени под действием электрического тока из водных растворов выделяли медь, цинк, серебро, золото (Л. Бруньятелли и др.). Дальнейшее развитие источников тока было связано как с усовершенствованием элементов Вольта, так и с поиском новых электрохимических систем. [c.6] Изучение свойств гальванического тока привело к результатам, которые ознаменовали начало новой эры в учении об электричестве. X. Эрстед (1820) сообщил о магнитном действии электрического тока, Г. Ом (1825) установил прямую зависимость силы тока от напряжения в цепи, А. Ампер (1826) разработал теоретические основы электродинамики, М. Фарадей открыл явление электромагнитной индукции (1831) и законы электролиза (1833—1834), Д. Джоуль (1841—1843) опубликовал работы по тепловому действию электрического тока. Эти и другие научные достижения заложили основы двух направлений — электрохимии и электротехники. [c.6] Доступность И простота эксплуатации элементов стимулировали работы по практическому применению электрического тока и носили исключительно новаторский характер. Например, в 1832 г. чл.-кор. Петербургской Академии наук П. Л. Шиллинг создал систему электромагнитного телеграфа, которая положила начало электрической связи как в нашей стране, так и за рубежом. Акад. Б. С. Якоби разработал электродвигатель для первого в мире электросудна (1838). В качестве источника энергии служила батарея из 320 элементов Даниеля — Якоби. Работая с теми же элементами, Якоби открыл гальванопластику (1838). В 1840-х годах в Петербурге появились первые гальванические производства, на которых источниками электроэнергии служили крупные медно-цинковые батареи. [c.7] Новым этапом в развитии источников тока явилось создание гальванических элементов многократного использования — аккумуляторов. [c.7] К концу XIX в. широкое распространение получили электромагнитные генераторы, вырабатывающие дешевую электроэнергию. С появлением мощных электростанций и стационарных электросетей целевое назначение ХИТ претерпело изменение. Их дальнейшее развитие диктовалось потребностью прежде всего в источниках энергопитания для различных видов транспорта (главным образом для автомобилей и электрокаров), а также в стационарных батареях для средств телеграфной и телефонной связи, радиосвязи, позднее — радиовещания. Все большее значение приобретали ХИТ в области военной техники. [c.8] После второй мировой войны в условиях начавшейся научно-технической революции технические требования, предъявляемые к ХИТ, начали заметно возрастать. Появилась потребность в автономных источниках тока с высокими электрическими и эксплуатационными характеристиками в широком диапазоне размеров и условий разряда. [c.8] Интенсивные научно-исследовательские, опытно-конструкторские и технологические работы привели к созданию новых ХИТ, в которых нашли применение не только оригинальные электродные материалы и электролиты, по и принципиально иные конструктивные решения. [c.8] Общее количество аккумуляторов и элементов, выпускаемых ежегодно во всех странах мира, исчисляется миллиардами штук. Основную часть их составляют ХИТ примерно десяти электрохимических систем. Значительно большее число систем относится к источникам тока, которые выпускаются в ограниченных количествах или находятся в стадии разработки. Уровень электрических и эксплуатационных характеристик современных ХИТ высок, а сфера их практического применения чрезвычайно многообразна. По мнению известного советского электрохимика проф. В. С. Багоцкого, ни один другой тип источников электроэнергии ие обладает таким разнообразием возможностей использования и такой универсальностью . [c.8] Долгое время теория химических источников тока отставала от прикладных работ по созданию новых образцов ХИТ. Не было ясности даже с механизмом элементарных токообразующих реакций. Так, независимо от состава электролита и материала катода единственной электрохимической реакцией на положительном электроде считали восстановление Н+ или НгО до Нг. Рост поляризации при разряде ХИТ объясняли поэтому накоплением газообразного водорода на электродной поверхности, а роль окислителя в составе раствора или электрода (который назвали деполяризатором ) сводили к реакции взаимодействия его с водородом, поскольку поляризация при этом уменьшалась. [c.9] Роль вторичных процессов существенна в тех случаях, когда разряд протекает по механизму растворение — осаждение с образованием труднорастворимых солей или гидроксидов, кристаллизующихся на электродной поверхности. [c.9] Образование электрической энергии при работе химического источника тока происходит за счет убыли свободной энергии Гиббса токообразующего электрохимического процесса. Протекание в электрохимической системе электрического тока возможно при соблюдении следующих условий наличия двух электродов, характеризующихся электронной проводимостью и различающимися потенциалами жидкого или твердого электролита с ионной проводимостью металлического проводника, образующего внешнюю цепь. [c.10] Вернуться к основной статье