Co je to galvanická elektroda?

Předpoklady pro vznik galvanických článků. Trocha historie. V roce 1786 italský profesor medicíny, fyziolog Luigi Aloisio Galvani objevil zajímavý jev: svaly zadních nohou čerstvě otevřené žabí mrtvoly, zavěšené na měděných hácích, se stáhly, když se jich vědec dotkl ocelovým skalpelem. Galvani okamžitě usoudil, že jde o projev „živočišné elektřiny“.

Po Galvaniho smrti by jeho současník Alessandro Volta, chemik a fyzik, popsal a veřejně předvedl realističtější mechanismus pro generování elektrického proudu, když se různé kovy dostanou do kontaktu.

Volta po sérii experimentů dospěje k jednoznačnému závěru, že proud se v obvodu objevuje kvůli přítomnosti dvou vodičů z různých kovů umístěných v kapalině, a to vůbec není „živočišná elektřina“, jak říká Galvani myšlení. Škubání žabích nohou bylo důsledkem působení proudu generovaného kontaktem různých kovů (měděné háčky a ocelový skalpel).

Volta předvede stejné jevy, které Galvani předvedl na mrtvé žábě, ale na zcela neživém podomácku vyrobeném elektrometru, a podá v roce 1800 přesné vysvětlení výskytu proudu: „vodič druhé třídy (kapaliny) je uprostřed a je v kontaktu se dvěma vodiči první třídy ze dvou různých kovů. V důsledku toho vzniká elektrický proud v jednom nebo druhém směru.“

V jednom ze svých prvních experimentů Volta ponořil dvě desky – zinek a měď – do nádoby s kyselinou a spojil je drátem. Poté se zinková deska začala rozpouštět a na měděné oceli se objevily bubliny plynu. Volta navrhl a dokázal, že drátem protéká elektrický proud.

Tak byl vynalezen „prvek Volta“ – první galvanický článek. Volta mu pro pohodlí dala tvar svislého válce (sloupce), sestávajícího z propojených prstenců ze zinku, mědi a látky, napuštěných kyselinou. Voltaický sloup vysoký půl metru vytvořil napětí, které bylo citlivé na člověka.

Vzhledem k tomu, že výzkum zahájil Luigi Galvani, jméno zdroje chemického proudu uchovalo ve svém názvu vzpomínku na něj.

Galvanický článek je chemický zdroj elektrického proudu založený na interakci dvou kovů a/nebo jejich oxidů v elektrolytu, což vede ke vzniku elektrického proudu v uzavřeném okruhu. V galvanických článcích se tedy chemická energie přeměňuje na elektrickou energii.

Galvanické články dnes

Galvanické články se dnes nazývají baterie. Široce se používají tři typy baterií: solné (suché), alkalické (nazývají se také alkalické, „alkalické“ v překladu z angličtiny jako „alkalické“) a lithiové. Princip jejich činnosti je stejný, jak je popsal Volta v roce 1800: dva kovy interagují prostřednictvím elektrolytu a ve vnějším uzavřeném okruhu vzniká elektrický proud.

Napětí baterie závisí jak na použitých kovech, tak na počtu prvků v „baterii“. Baterie, na rozdíl od akumulátorů, nejsou schopny obnovit své vlastnosti, protože přímo přeměňují chemickou energii, tedy energii činidel tvořících baterii (redukční činidlo a oxidační činidlo), na elektrickou energii.

Činidla obsažená v baterii se při jejím provozu spotřebovávají a proud postupně klesá, takže účinek zdroje končí po úplné reakci činidel.

Alkalické a solné články (baterie) se široce používají k napájení různých elektronických zařízení, rádiových zařízení, hraček a lithiové nejčastěji najdeme v přenosných lékařských zařízeních, jako jsou glukometry nebo v digitálních zařízeních, jako jsou fotoaparáty.

Solné baterie

Manganovo-zinkové články, kterým se říká solné baterie, jsou „suché“ galvanické články, které neobsahují tekutý roztok elektrolytu.

Zinková elektroda (+) je katoda ve tvaru skla a anoda je prášková směs oxidu manganičitého a grafitu. Proud protéká grafitovou tyčí. Elektrolyt je pasta z roztoku chloridu amonného s přídavkem škrobu nebo mouky pro zahuštění, aby nic neteklo.

Výrobci baterií obvykle neuvádějí přesné složení solných článků, nicméně solné baterie jsou nejlevnější, obvykle se používají v těch zařízeních, kde je spotřeba energie extrémně nízká: hodinky, dálkové ovladače, elektronické teploměry atd.

Pojem „nominální kapacita“ se pro charakterizaci zinko-manganových baterií používá jen zřídka, protože jejich kapacita značně závisí na provozních režimech a podmínkách. Hlavní nevýhodou těchto prvků je značná rychlost poklesu napětí po celou dobu vybíjení a výrazný pokles dodávané kapacity s rostoucím vybíjecím proudem. Konečné vybíjecí napětí se nastavuje v závislosti na zátěži v rozsahu 0,7-1,0 V.

Důležitá je nejen velikost vybíjecího proudu, ale také časový harmonogram zátěže. Při přerušovaném vybíjení při vysokých a středních proudech se výkon baterií ve srovnání s nepřetržitým provozem znatelně zvyšuje. Při nízkých vybíjecích proudech a měsíčních přestávkách v provozu však může dojít k poklesu jejich kapacity v důsledku samovybíjení.

Výše uvedený graf ukazuje vybíjecí křivky pro průměrnou solnou baterii pro 4, 10, 20 a 40 hodin pro srovnání s alkalickou, o které bude řeč později.

Alkalické (alkalické) baterie

Alkalická baterie je mangan-zinková voltaická baterie, která používá oxid manganičitý jako katodu, práškový zinek jako anodu a alkalický roztok, obvykle ve formě pasty hydroxidu draselného, ​​jako elektrolyt.

Tyto baterie mají řadu výhod (zejména výrazně vyšší kapacitu, lepší výkon při nízkých teplotách a při vysokých zatěžovacích proudech).

Alkalické baterie mohou ve srovnání se solnými bateriemi poskytovat větší proud po delší dobu. Vyšší proud je možný, protože zinek se zde nepoužívá ve formě skla, ale ve formě prášku, který má větší plochu kontaktu s elektrolytem. Jako elektrolyt se používá hydroxid draselný ve formě pasty.

Právě díky schopnosti tohoto typu galvanických článků dodávat po dlouhou dobu významný proud (až 1 A) jsou dnes alkalické baterie nejrozšířenější.

Elektrické hračky, přenosná lékařská zařízení, elektronická zařízení a fotoaparáty používají alkalické baterie. Při nízkoproudém výboji vydrží 1,5krát déle než solné. Graf ukazuje vybíjecí křivky při různých proudech pro srovnání se solnou baterií (graf byl uveden výše) po dobu 4, 10, 20 a 40 hodin.

Lithiové baterie

Dalším poměrně běžným typem voltaických článků jsou lithiové baterie – jednoduché nenabíjecí voltaické články, které jako anodu využívají lithium nebo jeho sloučeniny. Díky použití alkalického kovu mají vysoký potenciálový rozdíl.

Katoda a elektrolyt lithiového článku mohou být velmi odlišné, takže termín „lithiový článek“ kombinuje skupinu článků se stejným materiálem anody. Jako katodu lze použít například oxid manganičitý, fluorid uhelnatý, pyrit, thionylchlorid atd.

Lithiové baterie se liší od ostatních baterií dlouhou životností a vysokou cenou. V závislosti na zvolené velikosti a použitém chemickém složení může lithiová baterie produkovat napětí od 1,5 V (kompatibilní s alkalickými bateriemi) do 3,7 V.

Tyto baterie mají nejvyšší kapacitu na jednotku hmotnosti a dlouhou životnost. Lithiové články jsou široce používány v moderních přenosných elektronických zařízeních: k napájení hodin na základních deskách počítačů, k napájení přenosných lékařských přístrojů, náramkových hodinek, kalkulaček, ve fotografických zařízeních atd.

Výše uvedený graf ukazuje vybíjecí křivky pro dvě lithiové baterie od dvou populárních výrobců. Počáteční proud byl 120 mA (na rezistor asi 24 Ohmů).

• Praktická aplikace elektrolýzy
• Jak fungují časově-proudové charakteristiky jističů a pojistek
• Klec veverky a vinutý rotor – jaký je rozdíl

Doufám, že vám byl tento článek užitečný. Podívejte se také na další články z kategorie Elektrická energie v každodenním životě i v práci » Pomoci začínajícím elektrikářům

Přihlaste se k odběru našeho kanálu na Telegram: World of Electricity

Zde můžete zanechat komentář, položit otázku a jen chatovat:
Chat na elektrická témata

Sdílejte tento článek se svými přáteli: