Введение
Электрохимическое устройство
Электрохимический элемент – это устройство, которое вырабатывает электрическую энергию посредством химических реакций. Электрическая энергия также может быть использована для инициирования химических реакций в этих элементах. Электрохимические элементы, генерирующие электрический ток, называются вольтовыми или гальваническими элементами, а те, которые вызывают химические реакции, например, посредством электролиза, – электролитическими элементами. И гальванические, и электролитические элементы можно рассматривать как состоящие из двух полуэлементов, каждый из которых содержит отдельные реакции окисления и восстановления. При соединении одного или нескольких электрохимических элементов параллельно или последовательно образуется батарея. Первичные элементы – это одноразовые батареи.
Первичная ячейка
Первичный элемент питания производит электрический ток посредством необратимых химических реакций (например, в одноразовых батарейках) и не подлежит перезарядке. Они используются благодаря своей портативности, низкой стоимости и небольшому сроку службы. Первичные элементы питания выпускаются в различных стандартных размерах для питания небольших бытовых приборов, таких как фонарики и переносные радиоприемники. По мере протекания химических реакций в первичном элементе питания, химические вещества, генерирующие энергию, истощаются, и когда они заканчиваются, батарея перестает вырабатывать электричество. Первичные батареи составляют около 90% рынка батарей стоимостью 50 миллиардов долларов, однако доля вторичных батарей на этом рынке растет. Около 15 миллиардов первичных батарей выбрасывается по всему миру ежегодно, и практически все они попадают на свалки. Ввиду содержания токсичных тяжелых металлов, а также сильных кислот или щелочей, батареи являются опасными отходами. Большинство муниципалитетов классифицируют их как таковые и требуют раздельного сбора и утилизации. Энергия, затрачиваемая на производство батареи, примерно в 50 раз превышает энергию, которую она содержит. Из-за высокого содержания загрязняющих веществ при относительно небольшом количестве энергии, первичные батареи считаются неэффективной и экологически неблагоприятной технологией. В основном благодаря росту продаж беспроводных устройств и аккумуляторного инструмента, которые экономически нецелесообразно питать от первичных батарей и которые поставляются со встроенными перезаряжаемыми батареями, индустрия вторичных батарей демонстрирует высокие темпы роста и постепенно заменяет первичные батареи в продукции высокого класса.
Вторичная ячейка
Вторичный элемент производит ток посредством обратимых химических реакций (например, свинцово-кислотный аккумулятор автомобильной батареи) и является перезаряжаемым. Свинцово-кислотные аккумуляторы используются в автомобиле для запуска двигателя и питания электрических аксессуаров автомобиля, когда двигатель выключен. Альтернатор, после запуска двигателя, перезаряжает аккумулятор. Он может функционировать как гальванический и как электролитический элемент. Это удобный способ хранения электроэнергии: при зарядке уровни одного или нескольких химических веществ повышаются, а при разрядке – понижаются, и возникающая электродвижущая сила способна совершать работу. Они используются благодаря высокому напряжению, низкой стоимости, надежности и длительному сроку службы.