ガルバニ電池と電池 — デバイス、動作原理、種類

低出力の電気エネルギー源

ガルバニ電池とバッテリは、携帯用電気機器や無線機器に電力を供給するために使用されます。

ガルバニ電池 — これらは 1 回限りのアクションのソースであり、 アキュムレータ — 再利用可能なアクション ソース。

最も単純なガルバニ素子

最も単純な要素は、硫酸でわずかに酸性化した水に浸した銅と亜鉛の 2 つのストリップで作ることができます。亜鉛が局所的な反応を起こさないほど純粋であれば、銅と亜鉛が結合するまで目立った変化は起こりません。

ただし、ストリップは互いに異なる電位を持っており、ワイヤで接続すると、 電気… この作用により、亜鉛ストリップは徐々に溶解し、銅電極の近くにガスの泡が形成され、その表面に集まります。このガスは電解質によって生成された水素です。電流は銅ストリップからワイヤに沿って亜鉛ストリップに流れ、そこから電解液を通って銅に戻ります。

徐々に、電解質の硫酸は、亜鉛電極の溶解部分から形成される硫酸亜鉛に置き換えられます。これにより、セルの電圧が低下します。ただし、銅上に気泡が形成されると、さらに大きな電圧降下が発生します。どちらのアクションも「二極化」を引き起こします。このようなアイテムには実用的な価値はほとんどありません。

ガルバニ電池の重要なパラメータ

ガルバニ電池によって与えられる電圧の大きさは、その種類とデバイス、つまり電極の材質と電解質の化学組成にのみ依存し、電池の形状やサイズには依存しません。

ガルバニ電池が供給できる電流は、内部抵抗によって制限されます。

ガルバニ電池の非常に重要な特性は次のとおりです。 電気容量… 電気容量とは、ガルバニ電池または蓄電池が動作中、つまり最終放電の開始までに供給できる電気の量を意味します。

セルによって与えられる容量は、アンペアで表される放電電流の強さに、完全放電が始まるまでセルが放電された時間（時間）を乗じることによって決定されます。したがって、容量は常にアンペアアワー (Ah) で表されます。

セルの容量の値によって、完全放電が始まるまでに何時間動作するかを事前に決定することもできます。これを行うには、容量をこの要素に許容される放電電流の強さで割る必要があります。

ただし、容量は厳密には一定ではありません。素子の動作条件（モード）や最終放電電圧に応じてかなり大きな範囲内で変化します。

セルが最大電流で、しかも中断することなく放電されると、容量は大幅に低下します。逆に、同じセルがより低い電流で、頻繁かつ比較的長い中断を伴って放電されると、セルはその全容量を放棄することになります。

セル容量に対する最終放電電圧の影響に関しては、ガルバニ電池の放電中、その動作電圧は同じレベルに留まらず、徐々に低下することに留意する必要があります。

一般的なタイプの電気化学セル

最も一般的なガルバニ電池は、塩およびアルカリ電解液を使用したマンガン亜鉛系、マンガン空気系、空気亜鉛系および水銀亜鉛系です。塩電解液を使用した乾式マンガン亜鉛電池の初期電圧は 1.4 ～ 1.55 V で、動作期間は 1.4 ～ 1.55 V です。周囲温度 -20 ～ -60℃、朝 7 時から 340 時まで

アルカリ電解液を使用した乾式亜鉛マンガン電池および亜鉛空気電池の電圧は 0.75 ～ 0.9 V、動作時間は 6 時間～45 時間です。

乾式水銀亜鉛電池の始動電圧は 1.22 ～ 1.25 V、動作時間は 24 時間～55 時間です。

乾燥水銀亜鉛電池は、最長 30 か月の最長保証有効期間を持っています。

電池

電池 これらは二次電気化学電池であり、ガルバニ電池とは異なり、組み立て直後には電池内で化学プロセスが行われません。

バッテリーが電荷の移動に伴う化学反応を開始するには、電極 (および電解質の一部) の化学組成を適切に変更する必要があります。電極の化学組成のこの変化は、バッテリーに流れる電流の作用下で発生します。

したがって、バッテリーが電流を生成するには、まず外部電流源からの直流電流でバッテリーを「充電」する必要があります。

バッテリーは、放電後に再充電できるという点でも従来のガルバニ電池とは異なります。適切な注意を払い、通常の動作条件下で使用すれば、バッテリーは最大数千回の充放電に耐えることができます。
バッテリー駆動のデバイス

現在、実際には鉛電池とカドミウムニッケル電池が最もよく使用されています。最初の硫酸溶液では電解質として機能し、2 番目のアルカリ水溶液では電解質として機能します。鉛蓄電池は酸電池、ニッケルカドミウムアルカリ電池とも呼ばれます。

電池の動作原理は電極の分極に基づいています。 電気分解中... 最も単純な酸電池は次のような構造になっています。電解液に浸された 2 枚の鉛板です。化学置換反応の結果、式 Pb + H2SO4 = PbSO4 + H2 からわかるように、プレートは硫酸鉛 PbSO4 の薄いコーティングで覆われます。

酸電池装置

このプレートの状態は、放電したバッテリーに相当します。ここでバッテリーが充電のためにオンになっている場合、つまり直流発電機に接続されている場合、電気分解によりプレートの分極が始まります。バッテリーを充電すると、そのプレートが分極します。つまり、その表面の物質が均一 (PbSO4) から異なる物質 (Pb および PbO2) に変化します。

バッテリーは電流源となり、二酸化鉛でコーティングされた板が正極となり、きれいな鉛板が負極になります。

充電の終了までに、電解液中に追加の硫酸分子が出現するため、電解液の濃度が増加します。

これは鉛蓄電池の特性の 1 つです。電解液は中性を維持せず、電池の動作中にそれ自体が化学反応に関与します。

放電が終わるまでに、バッテリーの両極は再び硫酸鉛で覆われ、その結果バッテリーは電流源でなくなります。バッテリーがこの状態になることはありません。極板上で硫酸鉛が形成されるため、放電の終わりには電解質の濃度が減少します。バッテリーが充電されると、再び分極が発生して再び放電するなどの現象が発生します。

バッテリーの充電方法

バッテリーを充電するにはいくつかの方法があります。最も簡単なのはバッテリーの通常の充電で、次のように実行されます。最初に、各バッテリーの電圧が 2.4 V に達するまで、通常の 2 倍の電流で 5 ～ 6 時間充電が実行されます。

通常の充電電流は、式 Aztax = Q / 16 によって決定されます。

ここで、Q — バッテリーの公称容量、Ah。

その後、充電電流は通常の値まで減少し、充電終了の兆候が現れるまで 15 ～ 18 時間充電が続けられます。

最新のバッテリー

ニッケルカドミウムまたはアルカリ電池は、鉛電池よりもずっと後に登場し、それらと比較すると、より現代的な化学電流源です。アルカリ電池の鉛電池に対する主な利点は、極板の活性質量に対する電解液の化学的中性です。したがって、アルカリ電池の自己放電は鉛酸電池に比べて大幅に低くなります。アルカリ電池の動作原理も、電気分解中の電極の分極に基づいています。

無線機器に電力を供給するために、-30 ～ +50 °C の温度で有効で、400 ～ 600 回の充放電サイクルに耐える密閉型カドミウム ニッケル バッテリーが製造されています。これらのアキュムレータは、数グラムからキログラムの重さのコンパクトな直方体と円盤の形で作られています。

ニッケル水素電池は自律型物体に電力を供給するために製造されています。ニッケル水素電池の比エネルギーは 50 ～ 60 Wh kg-1 です。