Первинні хімічні джерела струму. Гальванічні елементи та акумулятори

Гальванічний елемент — хімічне джерело живлення, в якому використовується різниця електродних потенціалів двох металів, занурених у електроліт. Гальванічний елемент є хімічним джерелом електроенергії разового використання, який не передбачено перезаряджати.

Гальванічний елемент складається з двох різних металів, з'єднаних за допомогою сольового містка, а окремі половини комірки відокремлені одна від одної пористою мембраною. Наприклад, це може бути цинковий і мідний електроди, занурені в розчин сірчаної кислоти. Кожен із електродів зокрема разом із електролітом, в який він занурений, утворює напівелемент.

На поверхні кожного з металів, занурених в електроліт, утворюється подвійний електричний шар внаслідок переходу частини атомів металу в розчин у вигляді іонів. Як наслідок, кожен із металів одержує електричний заряд. Якщо з'єднати електроди провідником, то заряд стікатиме від електрода з більшим потенціалом до електрода з меншим потенціалом, утворюючи електричний струм. При цьому потенціали електродів вирівнюватимуться, що призведе до порушення рівноваги між електродом і електролітом. Це, в свою чергу, викликає перехід нових атомів із електроду в електроліт. В результаті в замкненому колі підтримується електричний струм, який супроводжується розчиненням електродів.

На малюнку показана схема дещо складнішого, але досконалішого елемента, в якому кожен із металів перебуває в окремому електроліті. Електроліти з'єднані між собою соляним мостом.

Активна маса електроду — це суміш, яка складається з речовин, хімічна енергія яких під дією заряду перетворюється на електричну енергію (активна речовина), і речовин, які покращують її провідність і певні фізико-хімічні властивості.

Гальванічний елемент характеризується електроємністю, вираженою в ампер-годинах, яка дорівнює добутку тривалості розряду на струм розряду. Електроємність залежить від температури навколишнього середовища: при зменшенні температури електроємність падає.

В акумуляторах при пропусканні крізь них електричного струму від зовнішнього джерела (заряд) йдуть хімічні реакції в електродах і розчинах, близькі до оборотних, і робота електричного струму акумулюється у вигляді вільної енергії продуктів реакції. Заряджений акумулятор дає електричний струм при розряді, після чого його знову можна зарядити.