Mūsdienās elektroķīmiskās šūnas ir vienano visbiežāk sastopamajiem ķīmiskās strāvas avotiem. Neskatoties uz trūkumiem, tos aktīvi izmanto elektrotehnikā un pastāvīgi uzlabo.
Darbības princips
Vienkāršākais galvanikas piemērselements izskatās šādi. Divas plāksnes iegremdē stikla burkā ar sērskābes ūdens šķīdumu: viena ir vara, otra - cinks. Viņi kļūst par elementa pozitīvo un negatīvo polu. Ja šie stabi ir savienoti ar vadītāju, jūs saņemat vienkāršāko elektrisko ķēdi. Šūnas iekšpusē strāva plūst no negatīvi uzlādētas cinka plāksnes uz pozitīvi uzlādētu vara plāksni. Ārējā ķēdē lādētu daļiņu kustība notiks pretējā virzienā.
Strāvas ietekmē ūdeņraža un skābes jonisērskābes atlikumi pārvietosies dažādos virzienos. Ūdeņradis atdos vara plāksnei, bet skābes atlikums - cinkam. Tas saglabās spriegumu pāri elementa spailēm. Tajā pašā laikā uz vara plāksnes virsmas nosēdīsies ūdeņraža burbuļi, kas vājinās galvaniskās šūnas darbību. Ūdeņradis kopā ar plāksnes metālu rada papildu spriegumu, ko sauc par polarizācijas elektromotoru. Šī EML lādiņa virziens ir pretējs galvaniskās šūnas EMF lādiņa virzienam. Burbuļi paši rada papildu pretestību elementā.
Elements, kuru mēs uzskatījām, ir klasiskspiemērs. Patiesībā šādas galvaniskās šūnas vienkārši netiek izmantotas augstās polarizācijas dēļ. Lai tas nenotiktu, ražojot elementus, to sastāvā tiek ievadīta īpaša viela, kas absorbē ūdeņraža atomus, ko sauc par depolarizatoru. Parasti tie ir preparāti, kas satur skābekli vai hloru.
Mūsdienu elektroķīmisko šūnu priekšrocības un trūkumi
Mūsdienu elektroķīmiskās šūnasir izgatavoti no dažādiem materiāliem. Visizplatītākais un pazīstamākais veids ir AA baterijās izmantotie cinka-oglekļa elementi. Viņu plusi ietver relatīvo lētumu, mīnusus - īsu glabāšanas laiku un mazu jaudu.
Ērtāks variants ir sārmainsgalvaniskās šūnas. Tos sauc arī par mangāna-cinku. Šeit elektrolīts nav sausa viela, piemēram, ogles, bet gan sārmains šķīdums. Izlādējot, šādi elementi praktiski neizdala gāzi, tāpēc tos var noslēgt. Šādu elementu derīguma termiņš ir lielāks nekā cinka-oglekļa.
Dzīvsudraba šūnas pēc konstrukcijas ir līdzīgassārmains. Šeit tiek izmantots dzīvsudraba oksīds. Šādus enerģijas avotus izmanto, piemēram, medicīnas iekārtām. To priekšrocības ir izturība pret augstām temperatūrām (līdz +50, un dažos modeļos līdz + 70 ˚С), stabils spriegums, augsta mehāniskā izturība. Trūkums ir dzīvsudraba toksiskās īpašības, kuru dēļ ar izlietotajiem elementiem jārīkojas ļoti uzmanīgi un jānosūta pārstrādei.
Dažas šūnas izmanto sudraba oksīdukatodu ražošana, taču metāla augsto izmaksu dēļ to izmantošana ir ekonomiski neizdevīga. Šūnas ar litija anodiem ir biežāk sastopamas. Tie atšķiras arī ar augstajām izmaksām, taču tiem ir vislielākais spriegums starp visiem aplūkotajiem galvanisko elementu veidiem.
Cits elektroķīmisko šūnu veids irkoncentrācijas galvaniskās šūnas. Tajās daļiņu kustības process var turpināties ar un bez jonu transporta. Pirmais veids ir šūna, kurā divi identiski elektrodi tiek iegremdēti dažādu koncentrāciju elektrolītu šķīdumos, kas atdalīti ar daļēji caurlaidīgu nodalījumu. Šādos elementos EML rodas sakarā ar to, ka joni tiek pārnesti uz šķīdumu ar zemāku koncentrāciju. Otrā tipa šūnās elektrodi ir izgatavoti no dažādiem metāliem, un koncentrācija tiek izlīdzināta ķīmisko procesu dēļ, kas notiek uz katra no elektrodiem. Šo elementu elektromotora spēks ir lielāks nekā pirmā tipa elementiem.
