Принцип действия
Окислительно-восстановительная реакция, протекающая между веществами, обладающими свойствами окислителя и восстановителя, сопровождаются выделением электронов, движение которых образует электрический ток. Однако, чтобы использовать его энергию, необходимо создать условия для прохождения электронов через внешнюю цепь, в противном случае она при простом смешивании окислителя и восстановителя выделяется во внешнюю среду теплом.
Поэтому все химические источники тока имеют два электрода:
· анод, на котором происходит окисление;
· катод, осуществляющий восстановление вещества.
Электроды на расстоянии помещены в сосуд с электролитом — веществом, проводящим электрический ток за счет процессов диссоциации среды на ионы.
Принцип преобразования химической энергии в электрическую
На рисунке показано, что электроды размещены в отдельных сосудах, соединенных солевым мостиком, через который создается движение ионов по внутренней цепи. Когда внешняя и внутренняя цепь разомкнуты, то на электродах протекают два процесса: переход ионов из металла электрода в электролит и переход ионов из электролита в кристаллическую решетку электродов.
Скорости протекания этих процессов одинаковы и на каждом электроде накапливаются потенциалы напряжения противоположных знаков. Если их соединить через солевой мостик и приложить нагрузку, то возникнет электрическая цепь. По внутреннему контуру электрический ток создается движением ионов между электродами через электролит и солевой мостик. По внешней цепи возникает движение электронов по направлению от анода на катод.
Практически все окислительно-восстановительные реакции сопровождаются выработкой электроэнергии. Но ее величина зависит от многих факторов, включающих объемы и массы используемых химических веществ, примененных материалов для изготовления электродов, типа электролита, концентрации ионов, конструкции.
Наибольшее применение в современных химических источниках тока нашли:
· для материала анода (восстановителя) — цинк (Zn), свинец (Pb), кадмий (Cd) и некоторые другие металлы;
· для материала катода (окислителя) — оксид свинца PbO2, оксид марганца MnO2, гидроксооксид никеля NiOOH и другие;
· электролиты на основе растворов кислот, щелочей или соли.
Основные рабочие характеристики химических источников тока
1. Величина напряжения на разомкнутых клеммах.
В зависимости от конструкции единичный источник может создавать только определенную разность потенциалов. Для использования в электрических устройствах их объединяют в батареи.
2. Удельная емкость
За определенное время (в часах) один химический источник тока может выработать ограниченное количество тока (в амперах), которые относят к единице веса либо объема.
3. Удельная мощность
Характеризует способность единицы веса или объема химического источника тока вырабатывать мощность, образованную произведением напряжения на силу тока.
4. Продолжительность эксплуатации
Еще этот параметр называют сроком годности.
5. Значение токов саморазряда
Эти побочные процессы электрохимических реакций приводят к расходу активной массы элементов, вызывают коррозию, снижают удельную емкость.
6. Цена на изделие
Зависит от конструкции, применяемых материалов и ряда других факторов.
Лучшими химическими источниками тока считаются те, у которых высокие значения первых четырех параметров, а саморазряд и стоимость низкие.
Различают первичные и вторичные химические источники тока. Действие первичных (необратимых) источников тока основано на необратимых или труднообратимых электрохимических реакциях. Примером необратимых источников тока могут служить гальванические элементы. Они являются источниками одноразового действия и применяются главным образом на ракетах.
Во вторичных источниках тока, или аккумуляторах, в основу действия положены обратимые электрохимические реакции. Они способны не только отдавать, но и накапливать (аккумулировать) электрическую энергию, подводимую извне.
Аккумулятором называется устройство, способное многократно накапливать электрическую энергию постоянного тока, сохранять ее в течение определенного времени и отдавать потребителям.
Аккумуляторы являются химическими источниками тока, так как в них энергия протекающих химических процессов преобразуется в электрическую энергию.
На самолетах и на аэродромах используются кислотные и щелочные аккумуляторы. По назначению аккумуляторы делятся на бортовые и аэродромные (наземные).
Бортовые аккумуляторы предназначены для питания:
потребителей электроэнергии систем автономного запуска силовой установки;
потребителей электроэнергии при кратковременных токовых нагрузках генератора;
жизненно важных потребителей при отказе генераторов в полете или при повреждении электросети,
маломощных потребителей при проверках на работоспособность.
Аэродромные аккумуляторы используются для питания:
потребителей электроэнергии на аэродромах и стартовых площадках при проверках;
потребителей электроэнергии при запуске авиадвигателей.
Аккумуляторы выполняются в виде батареи, состоящих из определенного числа последовательно соединенных элементов. Наиболее распространены в авиации кислотные бортовые аккумуляторные батареи 12-А-ЗО, 12-САМ-28, 12-САМ-55, 12-АСАМ-23
и аэродромные аккумуляторные багарен 12-АО-50, 12-АСА-140М.
Первые цифры обозначения указывают на число элементов в батарее; буквы — область применения (например, САМ — стартерная авиационная моноблочная, АСАМ — авиационная стартерная модернизированная с адсорбированным электролитом, АО — аэродромного обслуживания, АСА — аэродромная стартерная авиационная); цифры, стоящие после букв, — номинальную емкость в ампер-часах.
Из щелочных батарей имеются 15-СЦС-45 (СЦС — серебряно- цинковая самолетная) и кадмиево-никелевые батареи 20-КНБ-25.