Для устранения поляризации элементов электрод, на котором выделяется водород, окружается слоем деполяризатора – вещества, которое соединяется с водородом и образует воду. Все гальванические элементы, используемые в технике, содержат деполяризатор.
Наибольшее распространение получили марганцево-цинковые элементы, обладающие по сравнению с элементами других типов более совершенной конструкцией.
Отрицательным электродом марганцево-цинкового элемента (рис. 9) служит цинковый корпус 1, внутри которого помещается положительный электрод 2, спрессованный из порошкообразных веществ – двуокиси марганца MnO2 (деполяризатора), графита (улучшающего проводимость электрода) и сажи (впитывающей электролит). Для соединения положительного электрода с внешней цепью и придания ему механической прочности в него запрессовывается угольный стержень 3. Чтобы при работе положительный электрод не выкрашивался, его помещают в мешочек из хлопчатобумажной ткани. В промежутке между электродами находится электролит 4.
В наиболее распространённых сухих элементах электролит представляет собой желеобразную массу, состоящую из раствора хлористого аммония NH4Cl и загустителей – крахмала и муки. Для предотвращения высыхания электролита верхняя часть элемента заливается влагостойким составом – органической смолой.
Рис. 9.Сухой элемент.
В водоналивных элементах пространство между электродами заполнено гигроскопическим материалом: древесными опилками, промокательной бумагой, смешанными с сухим хлористым аммонием. В верхней части элемента имеется отверстие, в которое за 5 – 6 ч до начала работы заливается вода, имеющая температуру 15 – 20оС.
Основное преимущество сухих элементов по сравнению с водоналивными – постоянная готовность к использованию и возможность работы в любом положении. Водоналивные элементы должны работать только в вертикальном положении. Преимуществом водоналивных элементов является возможность их длительного хранения в сухом виде – до трёх лет. Срок хранения сухих элементов вследствие их саморазряда обычно равен 6 месяцам. Саморазряд сухих элементов вызывается медленным растворением цинкового электрода в электролите даже при отключенной внешней цепи за счёт внутренних токов утечки с одного электрода на другой.
Каждый гальванический элемент характеризуется электродвижущей силой, электрической ёмкостью и внутренним сопротивлением.
Электродвижущая сила элемента определяется только материалом электродов и составом электролита. Э.д.с. марганцево-цинковых элементов составляет 1,4 – 1,5 В.
Ёмкость элемента – это количество электричества, которое может отдать элемент во внешнюю цепь при разряде. За окончание разряда обычно принимается момент, когда напряжение элемента упадёт вдвое по сравнению с его ЭДС.
Ёмкость элементов измеряется в ампер-часах (А ∙ ч). Элемент ёмкостью в 1 А ∙ ч отдаёт во внешнюю цепь 3600 К. Ёмкость элементов зависит от величины поверхности пластин, температуры электролита и разрядного тока. Ёмкость будет тем большей, чем больше поверхность пластин и температура электролита и чем меньше разрядный ток.
Внутренне сопротивление элемента зависит от площади электродов и меняется от 0,1 – 0,3 Ом в начале разряда до 3 – 5 Ом в конце разряда. Значительное увеличение внутреннего сопротивления элементов в конце разряда обусловливает нецелесообразность использования марганцево-цинковых элементов при их разряде до напряжения ниже 0,7 В.
Для получения напряжения в десятки и сотни вольт применяют батареи, состоящие из последовательно соединённых элементов.
Область применения гальванических элементов и батарей ограничена из-за их основных недостатков – сравнительно малой мощности, отдаваемой во внешнюю цепь, и одноразовости действия, т.е. полным выходом из строя после израсходования ёмкости.
Эти недостатки элементов и батарей отсутствуют в других химических источниках – аккумуляторах.
Примерные контрольные вопросы
1. Каким недостатком обладает простейший гальванический элемент?
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.