Химические источники тока
Химические источники тока - устройства, вырабатывающие электрическую энергию за счёт прямого преобразования химической энергии окислительно-восстановительных реакций. Первые Х. и. т. созданы в 19 в. (Вольтов столб, 1800; элемент Даниела - Якоби, 1836; Лекланше элемент, 1865, и др.). До 60-х гг. 19 в. Х. и. т. были единственными источниками электроэнергии для питания электрических приборов и для лабораторных исследований. Основу Х. и. т. составляют два электрода (один - содержащий окислитель, другой - восстановитель), контактирующие с электролитом. Между электродами устанавливается разность потенциалов - Электродвижущая сила (эдс), соответствующая свободной энергии окислительно-восстановительной реакции. Действие Х. и. т. основано на протекании при замкнутой внешней цепи пространственно разделённых процессов: на отрицательном электроде восстановитель окисляется, образующиеся свободные электроны переходят по внешней цепи (создавая разрядный ток) к положительному электроду, где участвуют в реакции восстановления окислителя.
В зависимости от эксплуатационных особенностей и от электрохимической системы (совокупности реагентов и электролита) Х. и. т. делятся на гальванические элементы (обычно называются просто элементами), которые, как правило, после израсходования реагентов (после разрядки) становятся неработоспособными, и Аккумуляторы, в которых реагенты регенерируются при зарядке - пропускании тока от внешнего источника (см. Зарядное устройство). Такое деление условно, т.к. некоторые элементы могут быть частично заряжены. К важным и перспективным Х. и. т. относятся топливные элементы (См. Топливный элемент) (электрохимические генераторы (См. Электрохимический генератор)), способные длительно непрерывно работать за счёт постоянного подвода к электродам новых порций реагентов и отвода продуктов реакции. Конструкция резервных химических источников тока (См. Резервный химический источник тока) позволяет сохранять их в неактивном состоянии 10-15 лет (см. также Источники тока).
С начала 20 в. производство Х. и. т. непрерывно расширяется в связи с развитием автомобильного транспорта, электротехники, растущим использованием радиоэлектронной и др. аппаратуры с автономным питанием. Промышленность выпускает Х. и. т., в которых преимущественно используются окислители PbO2, NiOOH, MnO2 и др., восстановителями служат Pb, Cd. Zn и др. металлы, а электролитами - водные растворы щелочей, кислот или солей (см., например, Свинцовый аккумулятор).
Основные характеристики ряда Х. и. т. приведены в табл. Лучшие характеристики имеют разрабатываемые Х. и. т. на основе более активных электрохимических систем. Так, в неводных электролитах (органических растворителях, расплавах солей или твёрдых соединениях с ионной проводимостью) в качестве восстановителей можно применять щелочные металлы (см. также Расплавные источники тока). Топливные элементы позволяют использовать энергоёмкие жидкие или газообразные реагенты.
Лит.: Дасоян М. А., Химические источники тока, 2 изд., Л., 1969: Романов В. В., Хашев Ю. М., Химические источники тока, М., 1968; Орлов В. А., Малогабаритные источники тока, 2 изд., М., 1970; Вайнел Д. В., Аккумуляторные батареи, пер. с англ., 4 изд., М. - Л., 1960; The Primary Battery, ed. G. W. Heise, N. C. Cahoon, v. 1, N. Y. - L., 1971.
В. С. Багоцкий.
Характеристики химических источников тока
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
| Тип источника | Состоя- | Электрохи- | Разряд- | Удельная | Удельная мощность, | Другие |
| тока | ние разра- | мическая | ное напря- | энергия, | вт/кг | показатели |
| | ботки* | система | жение, в | вт·ч/кг |---------------------------------------| |
| | | | | | Номи- | Макси- | |
| | | | | | нальная | мальная | |
| | | | | | | | |
|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Гальванические элементы | Сохранность, |
| | годы |
|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Марганцевые | А | (+) MnO2 | NH4 | 1,5-1,0 | 20-60 | 2-5 | 20 | 1-3 |
| солевые | | Cl, ZnCl2 | | | | | |
| | | | Zn(-) | | | | | |
|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Марганцевые | А | (+)MnO2| KOH | 1,5-1,1 | 60-90 | 5 | 20 | 1-3 |
| щелочные | | | Nn(-) | | | | | |
|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Ртутно-цинковые | А | (+)HgO | KOH | 1,3-1,1 | 110-120 | 2-5 | 10 | 3-5 |
| | | | Zn | | | | | |
|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Литиевые | Б | (+) (C) | SOCl2, | 3,2-2,6 | 300-450 | 10-20 | 50 | 1-5 |
| неводные | | LiAlCl4 | Li(-) | | | | | |
|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Аккумуляторы | Срок службы, |
| | циклы |
|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Свинцовые | А | (+)PbO2 | | 2,0-1,8 | 25-40 | 4 | 100 | 300 |
| кислотные | | H2SO4 | Pb(-) | | | | | |
|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Кадмиево- и | А | (+)NiOOH | | 1,3-1,0 | 25-35 | 4 | 100 | 2000 |
| железо- | | KOH | Cd, | | | | | |
| никелевые | | Fe(-) | | | | | |
| щелочные | | | | | | | |
|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Серебряно- | А | (+)Ag2O AgO | | 1,7-1,4 | 100-120 | 10-30 | 600 | 100 |
| цинковые | | KOH | Zn(-) | | | | | |
|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Никель- | Б | (+)NiOOH | | 1,6-1,4 | 60 | 5-10 | 200 | 100-300 |
| цинковые | | KOH | Zn(-) | | | | | |
|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Никель- | Б | (+)NiOOH | | 1,3-1,1 | 60 | 10 | 40 | 1000 |
| водородные | | KOH | | | | | | |
| | | H2(Ni) (-) | | | | | |
|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Цинк-воздушные | В | (+)O2(C) | | 1,2-1,0 | 100 | 5 | 20 | (100) |
| | | KOH | Zn(-) | | | | | |
|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Серно- | В | (+)SnaO | 2,0-1,8 | 200 | 50 | 200 | (1000) |
| натриевые | | 9Al2O3| Na(-) | | | | | |
|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Топливные элементы | Ресурс |
| | работы, ч |
|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Водородно- | Б | (+)O2(C,Ag) | | 0,9-0,8 | - | - | 30-60 | 1000-5000 |
| кислородные | | KOH | | | | | | |
| | | H2(Ni)(-) | | | | | |
|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Гидразино- | Б | (+)O2(C,Ag) | | 0,9-0,8 | - | - | 30-60 | 1000-2000 |
| кислородные | | KOH | N2H4(Ni)(- | | | | | |
| | | ) | | | | | |
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
* A - серийное производство, Б - опытное производство, В - в стадии разработки (характеристики ожидаемые).
Примечание. Характеристики (особенно удельная мощность) ориентировочные, так как данные разных фирм и разных авторов не совпадают.