Електрохімічні джерела струму

Приблизно до 1870 р найпоширенішими джерелами струму були електрохімічні, т. Е. Гальванічні елементи і акумулятори. Надалі переважаючим типом джерел електричного струму стали електромашинні генератори.

Найпростішими гальванічними елементами були елементи з одного рідиною; до числа таких елементів належали вольтів стовп і його видозміни - чашковий елемент Вольти і ін. Всім таким генераторів струму були властиві недоліки, що ускладнювали їх застосування, а отже, і впровадження практичних електротехнічних пристроїв на базі таких генераторів.

До числа найбільш істотних недоліків слід віднести: порівняно швидке ослаблення дії батарей, що викликалося, як пізніше було встановлено, гальванічної поляризацією, мала енергоємність, а також незручність експлуатації та непристосованість батарей для транспортування.

У більшості гальванічних елементів в якості негативного електрода застосовувався цинк, велика витрата якого визначав дорожнечу енергії, що генерується. Якщо цинк був недостатньо чистим і здобув домішки (свинець, залізо і ін.), То при зануренні його розчин сірчаної кислоти виникали місцеві струми. Це призводило до того, що навіть при розімкнутому зовнішньому ланцюзі цинк взаємодіяв з кислотою і розчинявся.

Ще не були побудовані принципово нові генератори електричного струму, потрібно було шукати можливості будь-яким шляхом усунути хоча б деякі з перерахованих недоліків.

Дослідження процесів в гальванічних елементах привели до відкриття явища гальванічного поляризації (А. С. Беккерель, 1826 г.) яке пояснювалося скупченням пухирців водню у мідного електрода.

Поляризація електродів впливає на сталість дії елемента. Для усунення поляризації були випробувані різні засоби: механічне видалення з мідного електрода газу в міру його утворення, надання електроду шорсткою поверхні, щоб бульбашок водню важче було приставати, і т. Д.

Однак дійсно практичне рішення було досягнуто поглинанням водню в результаті хімічної реакції, що виникла в елементі за участю другої рідини, що служить деполяризатором.

У 1829 р Беккерель дав принципову конструкцію гальванічного елемента з двома рідинами: посудину (поділявся пористої перегородкою (наприклад, з слабо обпаленої глини) на дві частини, кожна на яких вміщала одну з рідин і один електрод.

У перших зразках нового гальванічного елемента застосовувалися дві рідини: азотна кислота і розчин поташу, а один доз електродів виготовлявся з платини.

Пізніше Беккерель побудував дешевший елемент, в якому в одну половину судини був налитий розчин кухонної солі і занурений цинковий електрод, a в іншу половину судини, відокремлену пористої перегородкою, - розчин мідного купоросу, в який занурювався мідний електрод.

З цього часу (1829 р) гальванічні елементи з одного рідиною майже виходять з ужитку. У короткий проміжок часу з'явився ряд вдосконалених конструкцій гальванічних елементів з двома рідинами. Для додання цинковому електроду більшої стійкості і усунення шкідливої ​​дії домішок, що можуть міститися в цинку, було введено змішення поверхні цинкового електрода.

Іншим напрямком в області створення електрохімічних джерел струму була побудова електричних акумуляторів, або «вторинних елементів», як вони довгий час називалися.

Принципова можливість акумулювання електричної енергії була встановлена ще на початку XIX ст., Але тільки в 1854 р німецький лікар В. І. Зінстеден відкрив спосіб акумулювання великої кількості електричної енергії, спостерігаючи явище поляризації, відмінне від звичайної електричної поляризації.

Це явище полягало в тому, що при пропущенні струму через свинцеві електроди, занурені в розведену сірчану кислоту, позитивний електрод покривався двоокисом свинцю. При замиканні електродів такого елемента з'єднує безпосередньо виходив сильний струм протягом більш тривалого часу, ніж діяв звичайний струм поляризації; таке явище в ланцюзі спостерігалося до тих пір, поки вся двоокис свинцю не витрачено.

У 1859 р француз Гастон Планте, мабуть незалежно від Зінстендена, спостерігав те саме явище і на його основі побудував свинцевий акумулятор. Дуже скоро було встановлено, що чим більш пористими будуть свинець на одному електроді і двоокис свинцю на іншому, тим більший запас електричної енергії буде містити акумулятор. Ця пористість досягалася з плином часу тривалим повторенням зарядки і розряду акумулятора; тільки приблизно через 500 годин роботи акумулятора відбувалося достатню формування його пластин.

Штучне формування акумуляторних пластин було введено в практику в 80-х роках, і це сприяло значному поліпшенню дії акумуляторів.

Джерело інформації: О. М. Веселовський, Я. А. Шнейберг Нариси з історії електротехніки . Навчальне видання. М .: Видавництво МЕІ, 1993.