2-mavzu: elektr tokining kimyoviy manbalari. Galvanik element. Akkumlyatorlar reja

Akkumulyatorlar. Kerak bo'lgan elektr energiyasiga aylantiriladigan kimyoviy energiyani to'plash maqsadida ishlatiladigan asboblar akkumulyatorlar deyiladi. Har qanday teskari galvanik element akkumulyator vazifasini bajara oladi. Elektroliz yordamida elektr energiyasi kimyoviy energiyaga aylantirilgandan keyin asbobdan galvanik element sifatida foydalanilsa shu energiyani qaytadan elektr energiyasiga aylantirish mumkin.
Qo'rg’oshinli akkumulyator. Qo'rg'oshin (II)-oksid pastasi bilan to'ldirilgan panjara shaklidagi qo'rg'oshin plastinkalaridan tuzilgan. Plastinkada sulfat kislotaning zichligi 1,18-1,22 g/sm³ bo'lgan 25-30% li eritmasiga botirilgan. PbO ning H₂SO₄ bilan o'zaro ta'sirlashib natijada plastinka sirtida qiyin eruvchan PbSO₄ qatlami hosil bo'ladi.
PbO + H₂SO₄ = PbSO₄ + H₂O
Akkumulyator zaryadlanganda. elektroliz natijasida elektrodlarda sodir bo'ladigan jarayonlarni quyidagi tenglamalar bilan ifodalash mumkin.
Kamodda: PbSO₄ -2e = PbO + SO₄^2-
Aнодда: PbSO₄ +2e + 2H₂O= PbO₂ + 4H ⁺ + SO₄^2-
Har ikkala tenglamani qo'shib, aniq zaiyadlash jarayonini ifodalovchi umurniy tenglania hosil qilamiz.
2 PbSO₄ + 2 H₂O = Pb⁰ + PbO₂ + 4 H⁺+ 2SO₄^2-
Akkumulyatorning zaryadiangan bo'yiclia elektrodda metall holidagi Pb, ikkinchi elektrod PbO₂ hosil bo'lib, ular orasida potentsiallar ayirmasi vujudga keladi, ya'ni galvanik element hosil bo'ladi.
Akkumulyator elektrodlari o'tkazgich orqali tutashtirilsa kimyoviy energiya elektr energiyasiga aylanadi.
Qo'rg’oshin akkumlyatori zaryadlanganda paydo bo'ladigan elektr tokining kuchlanishi 2 V dan oshmaydi.
Ishqoriv akkumlvatorlar. Temir nikelli akkumlyatoriar katta amaliy ahamiyatga ega. ManFiy elektrod HgO va birikmalardan iborat maxsus qo'shimchalar qo'shib preslangan kukun holidagi temirdan, musbat zaryad esa elektr o'tkazuvchanlikni kuchaytirish uchun toza grafit qo'shilgan Ni(OH)₂ dan iborat.
Elektr tokining birlamchi kimyoviy manbalari.
Yuqorida aytilganidek. bu xil elektr manbalari faqat bir marta uning elektr energiyasi (faol moddasi) tomon bo'lgunicha ishlatilib, qaytadan zaryadlanmaydi. Ulaiga misol qilib marganets-qo'rg'oshinli element va batareyalarini ko’rsatish mumkin. Tuz elektrolitli Mn-Zn.li element 1865 yilda Leklanshe tomonidan ishqor elektrolitlisi esa keyinroq, 1912 yili ishlab chiqarilgan.
Mn-Znli elementlar elektr tarmog'isiz ishlatiladigan radiotexnik apparatlar, telefon apparatlari, lampalar shu jumladan fotoapparatlar,yoritkichlar va hakozolar uchun qo'llaniladi.
Oxirgi paytlarda turli xul moddalaming yonishi paytida hosil bo'ladigan energiyani to'g’ridan - to'g'ri elektr energiyasiga aylantiradigan yonilg’i elenientlaridan foydalanish keng miqiyosda ishlatilmoqda. Agar elektr energiyasi kimyoviy eneigiyaga issiqlik, uni mexanik va so'ngra elektr energiyasiga aylantirish yo’li bilan borsa foydali ish koeffitsiend 20-45% dan ortmaydi. Bu kimyoviy energiya to'gridan-to'gri elektr energiyasiga aylantirilsa bu ko'rsatgich 75% gacha yetishi mumkin.
Yonilg'i elementlarda yonilg'i gaz holda (H₂,SO₄ uglevodorodlar), suyuq holda (methanol, gidrazin), qattiq holda (C,Zn) ishlatilishi mumkin. Bu xil elementlarda g'ovakli elektrodlar ishlatilib,elektrokimyoviy reaktsiyalar shu g'ovaklarda boradi. Elektrod gidrofob holga o'tkazilsa, masalan, elektrod katalizator ftoroplast bilan birga preslab tayyorlansa, g'ovakning ichki qismi xo’llanmaydi va gaz g'ovaklarda erigan holda bo'ladi. Bu xil elektrodlar gaz suyuqlik elektrodlari deyilib, bu xil uch fazalik: nietall - elektrolit - gaz elementlarda elektrod qisrnan elektrolit bilan to'lgan. Ularda g'ovak ichki yuzasi elektrolit pardasi bilan qoplanib. g'ovak ichida reaktsiyada ishtirok etadigan gaz bo'ladi. Bu xil elektrolitlarda 5 кЛ/nr gacha bo'lgan elektr toki olinishi mumkin. Ulardagi elektrodlar juda faol katalizator bo'lishi. reaktsiyalar katta tezlikda borishi lozirn.
Yonilg'i elementlaridan H₂ va О₂» dan tashqari faol moddalar sifatida gidrazin, vodorod. peroksid. metanol-kislorod kabilar ham keng qo'llaniladi. Ular 1000-15(K) soatgacha uzluksiz elektr ishlab chiqara oladi. Ular ayniqsa kosmik kemalar, suv osti kemalarida juda qulay keladi. Lekin bu xil elementlarni tayyorlash va ishlatish uchun elektrokimyodan tasliqari issiqlik texnikasi, gidravlika, pnevmatika. avtomatik boshqarish kabi muammolami ham xal qilish lozim. Chunki bu elementlarni ishlatishda faol modda - yonilg'ini saqlash, uni tayyorlash va o'zatish,hosil bo'layotgan issiqlik va mahsulotlami reaktsiya borayotgan joydan chetlashtirish, avlomatik nazorat va boshqaruv kabi ishlar ham amalga oshirilishi lozim. Shuning uchun ham masalan 1-5 kVt lik elementning, faol moddalardan tashqari, ishlatiladigan jihozlari umumiy massasi element batareyalari massasiga teng keladi. Bu xil elementlar foydali ish koeffitsienti 50-70% ga yetadi. Bu xil yonilg’i batareya, masalan batareya, AQSh da “shattl”dasturini amalga oshirishda unumli foydalaniladi.
Elektrolitlarda boradigan reaktsiyalarni tezlashtiradigan elektrod-katalizatorlar sifatida metallardan platina guruhi, kumush, qotishmalaridan Au-Pt, Pt-Pd kabilar, karbitlardan volfram karbitlari qo’llaniladi. Elektrod bu materiallar poroshogidan yoki sklet katalizatorlardan yasaladi. Bu katalizator-elektorodlar korroziyaga uchramasligi, oson zaharlanmasligi lozim.
«Apollon” kosmik kemasida (AQSh) F.Bekon tomonidan yaratilgan quvvati 1,4 kVt lik H₂ - O₂ lik element qo’llaniladi. Unda batareyaga gazlar (H₂-O₂) 0,4-0,5 MPa berilib, elektrolit 85% KOH dan iborat bo’lgan N₂ va O₂ lar suyuqlantirilgan holda saqlanib, batareyada harorat 200-260°C ni tashkil qilgan. Olinadigan tok zichligi 0,25-1,0 kV/m^: ni tashkil qilib, kuchlanish 0,9-1,1 V ga teng. N₂ va O₂ kriostatda 1,7 va 6,2 MPa bosimda saqlangan va reaktsiyaga 65°C gacha isitilib berilgan. Bunda 1 kVt • soat energiya ishlab chiqarilganda 0,4 kg suv hosil bo’lib, kosmonavtlar hayotiy faoliyatida foydalanilgan.
Galvanik element, elektr tokining manbalari, akkumlyatorlar, qo’rg’oshinli akkumlyatorlar, ishqoriy akkumlyatorlar, elektr tokining birlamchi manbalari, batareyalar.
Mavzuni mustahkamlash uchun savol:
1.Gal vanik elementlarda kimyoviy energiyani elektr energiyasiga aylanishini tushuntiring?
2. Quyoshdan kelayotgan issiqlik energiyasini elektr energiyasiga aylantirish imkoniyatlari botmi?
3. Gal vanik elementlarning foydali tomonlari haqida ayting.