Nykyään sähkökemialliset kennot ovat yksiyleisimmistä kemiallisista virtalähteistä. Puutteistaan huolimatta niitä käytetään aktiivisesti sähkötekniikassa ja niitä parannetaan jatkuvasti.
Toiminnan periaate
Yksinkertaisin esimerkki galvaanisestaelementti näyttää tältä. Kaksi levyä upotetaan lasipurkkiin rikkihapon vesiliuoksen kanssa: toinen on kuparia, toinen sinkkiä. Niistä tulee elementin positiiviset ja negatiiviset navat. Jos nämä navat on kytketty johtimella, saat yksinkertaisimman sähköpiirin. Kennon sisällä virtaa virtaa negatiivisesti varautuneesta sinkkilevystä positiivisesti varautuneeseen kuparilevyyn. Ulkoisessa piirissä varautuneet hiukkaset liikkuvat vastakkaiseen suuntaan.
Virran vaikutuksesta vety- ja happoionitrikkihappojäännös liikkuu eri suuntiin. Vety antaa varauksensa kuparilevylle ja happojäännös sinkille. Tämä säilyttää jännitteen elementin puristimien poikki. Samalla kuparilevyn pinnalle laskeutuu vetykuplia, mikä heikentää galvaanisen kennon toimintaa. Vety muodostaa yhdessä levyn metallin kanssa lisäjännitteen, jota kutsutaan polarisaation sähkömoottorivoimaksi. Tämän EMF:n varauksen suunta on päinvastainen kuin galvaanisen kennon EMF:n varauksen suunta. Kuplat itse luovat lisävastusta elementtiin.
Käsittelemämme elementti on klassikkoesimerkki. Todellisuudessa tällaisia galvaanisia kennoja ei yksinkertaisesti käytetä suuren polarisaation vuoksi. Sen estämiseksi elementtien valmistuksen aikana niiden koostumukseen lisätään erityinen aine, joka imee vetyatomeja, jota kutsutaan depolarisaattoriksi. Nämä ovat pääsääntöisesti happea tai klooria sisältäviä valmisteita.
Nykyaikaisten sähkökemiallisten kennojen edut ja haitat
Nykyaikaiset sähkökemialliset kennotvalmistetaan eri materiaaleista. Yleisin ja tuttu tyyppi on AA-paristoissa käytetyt sinkki-hiili-kennot. Niiden etuja ovat suhteellinen halpa, miinukset - lyhyt säilyvyysaika ja alhainen teho.
Kätevämpi vaihtoehto on alkalinengalvaanisia kennoja. Niitä kutsutaan myös mangaani-sinkiksi. Tässä elektrolyytti ei ole kuiva aine, kuten hiili, vaan emäksinen liuos. Purkaessaan tällaiset elementit eivät käytännössä aiheuta kaasua, joten ne voidaan sulkea. Tällaisten elementtien säilyvyysaika on pidempi kuin sinkki-hiili.
Elohopeakennot ovat rakenteeltaan samanlaisiaemäksinen. Tässä käytetään elohopeaoksidia. Tällaisia virtalähteitä käytetään esimerkiksi lääketieteellisiin laitteisiin. Niiden etuja ovat kestävyys korkeille lämpötiloille (jopa +50 ja joissakin malleissa jopa + 70 ˚С), vakaa jännite, korkea mekaaninen lujuus. Haittapuolena ovat elohopean myrkylliset ominaisuudet, joiden vuoksi käytettyjä elementtejä on käsiteltävä erittäin huolellisesti ja lähetettävä kierrätykseen.
Jotkut solut käyttävät hopeaoksidiakatodien valmistus, mutta metallin korkeiden kustannusten vuoksi niiden käyttö on taloudellisesti kannattamatonta. Litiumanodeilla varustetut kennot ovat yleisempiä. Ne erottuvat myös korkeista kustannuksistaan, mutta niillä on korkein jännite kaikkien harkittujen galvaanisten kennojen välillä.
Toinen sähkökemiallisten kennojen tyyppi ongalvaanisia kennoja. Niissä hiukkasten liike voi edetä ioninsiirron kanssa ja ilman sitä. Ensimmäinen tyyppi on kenno, jossa kaksi identtistä elektrodia upotetaan eri pitoisuuksiin elektrolyyttiliuoksiin, jotka erotetaan puoliläpäisevällä väliseinällä. Tällaisissa elementeissä EMF syntyy, koska ionit siirretään liuokseen, jonka pitoisuus on pienempi. Toisen tyyppisissä kennoissa elektrodit on valmistettu eri metalleista, ja pitoisuus tasoitetaan kussakin elektrodissa tapahtuvien kemiallisten prosessien vuoksi. Näiden elementtien sähkömoottorivoima on suurempi kuin ensimmäisen tyypin elementeillä.
