Elemente galvanice

Elementul galvanic este un dispozitiv care transform direct energia chimic n energie electric. Elementul galvanic const din doi electrozi, anodul i catodul, din metale (sau alte elemente) diferite, introdui ntr-un electrolit. ntre electrozi se stabilete o diferen de potenial, datorit potenialelor de electrod diferite (numr diferit de ioni caro trec n electrolit). Electrolitul poate fi constituit din soluii apoase ale acizilor, bazelor i srurilor, din topituri sau din substane solide (sruri sau amestecuri de oxizi). Substanele solide, lichide sau gazoase rezultate n urma reaciilor chimice se depun pe electrozi, rmn n electrolit sau sunt evacuate. Tensiunile electromotoare ale elementelor galvanice aplicabile n practic sunt de 0,5-2 V; pentru tensiuni mai mari se conecteaz mai multe elemente n serie. Autodescrcarea elementelor galvanice fr sarcin la electrozi (n gol) se datoreaz reaciilor chimice determinate de realizarea echilibrului electrochimie. Elementele galvanice primare sunt ireversibile; dup consumarea energici chimice (descrcare) nu mai sunt utilizabile. Elementele galvanice secundare pot fi rencrcate, prin transformarea energiei electrice n energie chimic. Cel mai rspndit element galvanic primar este cu zinc-dioxid de mangan (element Leclanche, element uscat, pil uscat), a crui funcionare este bazat pe reacia de descrcare: 2 MnO2 + Zn + H2O ZnO.Mn2O3.H2O. Electrodul de zinc servete i ca vas n care se afl mediul de oxidare (depolarizantul) format din dioxid de mangan amestecat cu grafit i negru de fum, n care este presat electrodul pozitiv de forma unei tije de grafit. Electrolitul este o soluie de ZnCl2 - NH4Cl, care impregneaz depolarizantul. Tensiunea de mers n gol este de 1,5 V; tensiunea de descrcare de 1,2 V; densitatea de energie 50 Wh/kg (100 Wh/l). Elementele galvanice Zn-MnO2 sunt simple i ieftine, dar tensiunea scade pe msur ce se descarc, iar autodescrcarea, n special la temperaturi ridicate de depozitare, este important. O variant perfecionat a acestui element folosete electrolit alcalin (KOH); tensiunea de descrcare 1,1 V, energia specific 45 Wh/kg (140 Wh/l). Aceste elemente galvanice funcioneaz bine la temperaturi joase, au autodescrcare redus, suprancrcabilitate bun i se pot rencrca (n anumite limite), la fel ca i elementele galvanice secundare. Elementul galvanic Zn-HgO are energie specific ridicat (80-110 Wh/kg, 300-150 Wh/l) i tensiune constant de descrcare, dar este scump. Conversia direct a energiei chimice n energie electric se realizeaz i n pilele de combustie. Sinonim pil galvanic.Un exemplu de element galvanic l constituie un vas cu soluie de acid sulfuric n care se afl dou plci metalice - una de zinc i cealalt de cupru; printr-un fir de conductor exterior, care leag cele dou plci (electrozii), circul un curent electric de la electrodul de cupru la cel de zinc. Numele de galvanic vine de la cel al doctorului italian Luigi Galvani, care l-a descoperit n timp ce fcea cercetri pe animale cu doi electrozi (srme) diferii. Numele de celul voltaic provine de la fizicianul italian Alessandro Volta, cel care a inventat i a perfecionat pila electric.Elementele galvanice cu mangan sunt de doua feluri :umede si uscate.Electrodul negativ al elementului umed il constituie o cutie de zinc (figura 2), in interiorul careia se aseaza electrodul pozitiv denumit aglomerat. In compunerea aglomeratului intra un amestec de bioxid de mangan, grafit, negru de fum special si sare amoniacala (clorura de amoniu). In aglomerat se preseaza un baston de carbune al carui capat iesit in afara constituie polul pozitiv al elementului.Inainte de a fi asezat in cutia de zinc, aglomeratul se usuca.Ca electrolit al elementului serveste tipirigul presarat in element sub forma de praf. Deasupra, elementul este prevazut cu. doua orificii unul cu diametrul mai mare pentru turnarea apei si al doilea, cu diametrul mai mic, pentru iesirea gazelor, care se formeaza in timpul functionarii elementului.Pentru a pregati elementul pentru lucru, trebuie sa turnam in orificiul mare apa curata a carei cantitate este aratata in instructiunile pentru incarcarea elementului.Elementele umede de tipul 3 V au o f.e.m. de 1,5 V si capacitatea de 27 Ah. La polii unui element in buna stare de functionare, daca nu este umplut cu apa, nu trebuie sa apara nici o f.e.m. La temperaturi joase, aproximativ de minus 150C, elementul umed isi pierde capacitatea sa de lucru, totusi daca se va umple cu electrolit special, el isi pastreaza capacitatea sa de lucru si la o temperatura de pana la minus 400C.Elementele uscate (figura 3), dupa constructia lor se deosebesc de cele umede prin faptul ca aglomeratul nu se usuca inainte de a se aseza in vasul de zinc, ci din contra se imbiba cu o solutie de tipirig Spatiul dintre peretii vasului de zinc si aglomerat se umple cu un electrolit in forma de pasta.F e.m. a unui element uscat de tipul 3 U (3 C) ca si a celui umed, este egala cu 1,5 V, iar capacitatea de 30 Ah.In comparatie cu elementele umede, elementele uscate au avantajul ca sunt gata pentru functionare imediat dupa fabricarea lor.