Первичные гальванические элементы

Первичными гальваническими элементами,или химическими источниками тока, называются элементы, используемые для получения электрического тока однократно. После выработки в необходимых условиях электрической энергии первичный элемент больше не используется. Очень часто в качестве синонима (не совсем точного) используется название «батарея».

Первичные элементы используются в основном в качестве автономных источников электрического тока для переносимых или транспортируемых электронных устройств (электрических фонарей, видео- и радиоаппаратуры, микрокалькуляторов, слуховых аппаратов и т.д.).

Основными потребительскими характеристиками химического источника тока служат ЭДС, удельная емкость и внутреннее сопротивление.

Для гальванического элемента, содержащего водный раствор электролита, существует верхняя граница ЭДС, определяемая разностью потенциалов электродных реакций выделения водорода и кислорода (разностью потенциалов водородного и кислородного электродов). Ей соответствует напряжение, близкое к 1,2 В. В реальных условиях, связанных с замедлением разряда ионов, эта граница поднимается до 2 В. Если ЭДС элемента выше верхней границы, то в нем протекает реакция разложения воды.

Удельную емкостьгальванического элемента можно выражать электрической работой, приходящейся на 1 кг массы элемента. Емкость отдельных образцов гальванических элементов выражают либо в кулонах, либо в ампер-часах, либо в вольт-амперах.

Хороший гальванический элемент должен обладать высокой удельной емкостью. О величине емкости обычных источников тока можно судить на примере батарейки электрического фонарика, которая имеет удельную емкость около 90 кДж/кг.

Для хорошего химического источника тока характерно также небольшое внутреннее сопротивление. Чем меньше внутреннее сопротивление, тем больше в реальных условиях напряжение на клеммах элемента.

Во многих первичных элементах на катоде может происходить восстановление водорода, который, адсорбируясь, вызывает поляризацию электрода. Для устранения этого явления катод окружают пористым окислителем, окисляющим водород до воды по схеме:

2H + [O] = H₂O.

Окислительное удаление газа с поверхности электрода называется его деполяризацией. В качестве деполяризаторов чаще всего используют оксиды металлов (MnO₂, HgO) или кислород воздуха.

Рассмотрим наиболее распространенные химические источники тока.