гальванические элементы

ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

единичные ячейки хим. источников тока, предназначенных для однократного электрич. разряда (непрерывного или прерывистого). После разряда Г. э., в отличие от аккумуляторов, теряют работоспособность. Иногда термин "Г. э." применяют и для обозначения единичных ячеек аккумуляторных батарей, которые предназначены для многократного использования, т. е. после разряда м. б. снова заряжены. Главные составные части Г. э.: два электрода разл. природы и электролит. Обычно электроды — это металлич. пластинки или сетки, на которые нанесены реагенты ("активные вещества"); на отрицат. электрод — восстановитель (Zn, Li и др.), на положительный — окислитель (оксиды Mn, Hg и др., а также соли). На каждом из электродов, погруженных в электролит, устанавливается определенный потенциал (окислит.-восстановит. потенциал данной электродной реакции); разность этих потенциалов в отсутствие тока наз. напряжением разомкнутой цепи (НРЦ). При соединении электродов между собой с помощью внеш. электрич. цепи электроны начинают перетекать от отрицат. электрода к положительному — возникает электрич. ток. Суммарная электрохим. реакция на обоих электродах наз. токообразующей; по мере ее протекания восстановитель отдает, а окислитель присоединяет электроны. Ток прекращается при размыкании внеш. цепи, а также после израсходования запаса хотя бы одного из реагентов. Побочные хим. или электрохим. реакции приводят к саморазряду Г. э., ограничивающему длительность их хранения, которая для лучших образцов может достигать 10 лет. Г. э. применяют гл. обр. для питания переносной аппаратуры (напр., транзисторных радиоприемников) и поэтому изготавливают преим. с невыливающимся электролитом (загущенным или твердым). В отличие от аккумуляторов, Г.э. не нуждаются в особом уходе при эксплуатации.

Наиб. распространены марганцево-цинковые элементы (окислитель-MnO₂, восстановитель-Zn) с солевым электролитом (раствор NH₄C1 и др.) или щелочным (раствор КОН). Для них НРЦ 1,5–1,8 В, уд. энергия 10–80 Вт-ч/кг. Стоимость элементов сравнительно невелика, и их мировое производство достигает 8–10 млрд. штук в год. Элементы со щелочным электролитом дороже, но обладают лучшими характеристиками, особенно при низких температурах и повыш. токах разряда.

Для ртутно-цинковых элементов (окислитель-HgO) со щелочным электролитом НРЦ 1,35 В, уд. энергия до 400 Вт • ч/л. Их изготавливают в виде малогабаритных ("пуговичных") герметичных устройств и применяют для питания радиоприемников, кино- и фотоаппаратуры и т. п.

В воздушно-цинковых элементах окислителем вместо относительно дорогих оксидов металлов служит O₂ воздуха, который участвует в реакции на электроде, изготовленном из каталитически активного угля. Спец. отверстие в крышке обеспечивает своб. доступ воздуха к электроду. Отсутствие заложенного запаса окислителя обеспечивает высокие значения уд. энергии — до 250 Вт∙ч/кг. Недостатки этих элементов — небольшое значение разрядного тока и сравнительно быстрый саморазряд, что обусловлено взаимод. щелочного электролита с окружающей атмосферой. В результате электролит высыхает либо взаимод. с CO₂ воздуха (карбонизируется). Поэтому такие элементы пока не получили широкого распространения.

В Г.э. с неводными электролитами возможно применение очень активных восстановителей (напр., щелочных металлов) и окислителей, которые в водных растворах неустойчивы. При использовании расплавленных или твердых электролитов такие Г. э. могут работать при повышенных температурах. В литиевых элементах на основе апротонных растворителей восстановителем служит тонкий лист Li, напрессованный на пластину или сетку из Ni или Cu. Окислители — гл. обр. твердые MnO₂ или фторированный графит. Разработаны элементы с растворителями, выполняющими одновременно роль окислителя, — жидким SOCl₂ или сжиженным SO₂. To-кообразующие реакции приводят к непосредственному восстановлению молекул растворителя под действием Li; детальный механизм разряда окончательно не установлен. Благодаря высокому отрицат. потенциалу Li и его малому расходу литиевые элементы имеют высокие НРЦ (2,5–3,5 В) и уд. энергию (250–600 Вт∙ч/кг). Литиевые элементы применяют преим. для питания кардиостимулято-ров, микрокалькуляторов и др. миниустройств.

Разновидность Г.э. — резервные элементы, в которых с целью снижения саморазряда электролит разобщен с электродами или находится в твердом неионопроводящем состоянии. Непосредственно перед использованием таких Г. э. электроды приводят в контакт с электролитом или расплавляют электролит. Например, при изготовлении т. наз. водоактивируемых Г.э. безводную щелочь или соль закладывают в мешочках в межэлектродное пространство; перед эксплуатацией в отверстие в крышке заливают воду, и образуется электролит требуемой концентрации.

^{Лит.: Коровин Н. В., Новые химические источники тока, М., 1978; Багоц-кий В. С, Скундин А. М., Химические источники тока, М., 1981, с. 208–99.}

_{В. С. Багоцкий}