četvrtak, 09 februar 2012
Home Naučna dostignuća Elektrohemijski izvori električne energije
Elektrohemijski izvori električne energije
subota, 16 maj 2009 07:11

Elektrohemijski izvor električne energije je elektrohemijski reaktor u kome se potencijalna hemijska energija odigravanja prostorno razdvojenih elektrohemijskih reakcija (aktivne supstance) direktno pretvara u električnu energiju u obliku jednosmerne struje niskog napona.

Ukoliko mesto odigravanja ukupne elektrohemijske reakcije nije prostorno razdvojeno, oslobađa se energija (u vidu Gibsove energije reakcije, dGr,) ali u beskorisnom vidu kao na primer u reakciji rastvaranja cinka onečišćenog bakrom u sumpornoj kiselini, kao što je prikazano na Slici 1, što se naziva reakcija korozije

Slika 1. Rastvaranje cinka onečišćenog bakrom u sumpornoj kiselini

 

Prostornim razdvajanjem elektrodnih reakcija separatorom (na primer metalnog bakra u rastvoru bakar-sulfata i metalnog cinka u rastvoru cink-sulfata) formira se elektrohemijski spreg, kao što je shematski prikazano na Slici 2. U tom slučaju se između polova sprega voltmetrom može izmeriti napon koji se naziva elektromotorna sila sprega (Ems).

 

Slika 2. Elektrohemijski spreg: V - voltmetar.

 

Električna energija iz elektrohemijskog sprega na prostorno razdvojenim elektrodama se oslobađa odigravanjem reakcija, priključivanjem potrošača (sijalica, elektromotor, mobilni telefon i sl.), a taj proces se naziva pražnjenje. Pri tome se na negativnom polu odigrava reakcija oksidacije, a na pozitivnom polu reakcija redukcije.
Na primer, u gore datom elektrohemijskom spregu cink-bakar, tokom pražnjenja se odigravaju sledeće reakcije:
   
    Cu2+ + 2e = Cu    (redukcija)

Zn = Zn2+ + 2e    (oksidacija)

a ukupna reakcija u spregu je

Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+

Shodno tome, elektrohemijski sistem elektrohemijskog izvora energije je skup osnovnih komponenti koje određuju elektrohemiju te vrste. Ove osnovne komponente su: (1) aktivna supstanca negativne elektrode, (2) rastvor elektrolita (skraćeno–elektrolit) i (3) aktivna supstanca pozitivne elektrode.
Pored osnovnih komponenti svaki elektrohemijski izvor se sastoji i od dodatnih komponenti koje direktno ne učestvuju u reakciji ali omogućavaju funkcionisanje izvora, kao što su kućište, kontakti, separatori, nosači aktivne mase, kolektori struje i sl, kao što je prikazano na Slici 3.


Slika 3. Delovi elektrohemijskog izvora električne energije.

Ukoliko se reakcije na elektrodama odigravaju ireverzibilno (bezpovratno) tokom pražnjena elektrohemijski sistem se naziva: primarni elektrohemijski izvor električne energije (ili primarni element). Shodno tome ovakvi izvori se jednokratno koriste. Uobičajeni termin BATERIJA je neispravan, pošto baterija predstavlja vezu minimum dva izvora).
Ukoliko se reakcije na elektrodama odigravaju reverzibilno (povratno) tokom pražnjenja, elektrohemijski sistem se naziva sekundarni elektrohemijski izvor električne energije ili akumulator.


Razlika između primarnih i sekundarnih izvora električne energije je u tome što se kod sekundarnih izvora aktivna supstanca može regenerisati i ponovo iskoristiti priključivanjem spoljašnjeg izvora električne energije (u obliku jednosmerne struje niskog napona) i obnoviti tokom procesa koji se naziva punjenje
.


Takođe, postoje i hibridni elektrohemijski izvori električne energije pri čemu se jedan ili oba reaktanata na elektrode dovode iz spoljašnje sredine: gorivni galvanski spregovi ili metal|vazduh elementi.

Označavanje elektrohemijskih izvora energije


 Mada se elektrohemijski izvori električne energije kako primarni tako i sekundarni proizvode u svim oblicima i veličinama, izvršena je njihova standardizacija.
 Na omotaču ćelije ili baterije označavaju se i moraju se nalaziti podaci o: nominalnom naponu ime ili znak proizvođača, oznaka tipa elementa, oznaka odgovarajućeg standarda i datum proizvodnje. U našoj zemlji prihvaćene su oznake Internacionalne elektrotehničke komisije, prema kojoj se cilindrične (valjkaste) ćelije označavaju slovom R (engleski: round -okrugao) a prizmatične sa F (flat-pljosnat). Broj uz ove oznake ukazuje na konkretan tip sa pripadajućim dimenzijama, na primer R10 ili F20. Takođe, raširen je i Američki način označavanja elemenata (A, C, D,). Baterije sastavljene od redno vezanih ćelija označavaju se brojem koji pokazuje koliko je ćelija vezano i oznaku ćelije. Tako, baterija 4R12 znači četiri redno vezane cilindrične ćelije R12, ili baterija 6F22 znači šest redno vezanih pločastih baterija F22.

U donjoj tabeli su upredno prikazane oznake najčešće korišćenih elemenata sa tipičnim dimenzijama i masom.


Na Slici 4 su prikazani izgledi načešće korišćenog cink|mangan-dioksid (Zn|MnO2) alkalnog elementa sa odgovarajućim oznakama prema gornjoj tabeli:

Slika 4. Izgledi tipičnih primarnih Zn|MnO2 elemenata.

U ovom tekstu su u kratkim crtama date osnove funkcionisanja elektrohemijskih izvora električne energije. Ali ako se zna da danas postoji više desetina različitih primarnih i sekundarnih elektrohemijskih izvora energije u eksplotaciji, kao i da se oni još uvek mogu unaprediti i poboljšati, a takođe i da se često pronalaze novi, bolji sistemi, oblast istraživanja povezanih sa elektrohemijskim izvorima energije postaje praktično neiscrpna.
 

 

 

Your are currently browsing this site with Internet Explorer 6 (IE6).

Your current web browser must be updated to version 7 of Internet Explorer (IE7) to take advantage of all of template's capabilities.

Why should I upgrade to Internet Explorer 7? Microsoft has redesigned Internet Explorer from the ground up, with better security, new capabilities, and a whole new interface. Many changes resulted from the feedback of millions of users who tested prerelease versions of the new browser. The most compelling reason to upgrade is the improved security. The Internet of today is not the Internet of five years ago. There are dangers that simply didn't exist back in 2001, when Internet Explorer 6 was released to the world. Internet Explorer 7 makes surfing the web fundamentally safer by offering greater protection against viruses, spyware, and other online risks.

Get free downloads for Internet Explorer 7, including recommended updates as they become available. To download Internet Explorer 7 in the language of your choice, please visit the Internet Explorer 7 worldwide page.