Galvanické články, akumulátory

AKUMULÁTORY
Akumulátor je elektrochemický zásobník el. energie, který je možno opakovaně nabíjet. Při nabíjení akumulátoru „přes“ jeho elektrody se elektrická energie mění na chemickou, při vybíjení se opět uvolňuje el. energie. Akumulátory existují pouze pro stejnosměrný proud. Poskytují proud nezávisle na elektrické síti a umožňují vyrovnávání proudových špiček (nouzové agregáty - technická zařízení k rychlému záskoku elektrického zásobování při výpadku veřejné sítě. Většinou jsou to generátory se spalovacím motorem, který se automaticky nastartuje.). Stav nabití akumulátoru se kontroluje stanovením hustoty elektrolytu. Hustota kyseliny nabitého akumulátoru je 1,26 gcm-3 až 1,28 gcm-3, u vybitého a. klesá na 1,15 gcm-3. Sériovým zapojením několika článků za sebou do baterie se znásobuje napětí, paralelní zapojení (vedle sebe) zvyšuje kapacitu. Doposud nejpoužívanější je olověný akumulátor, vynalezený 1859 Francouzem Gastonem Planté. Jeho základem jsou desky zhotovené z inertního nosiče, který je upraven do tvaru mřížky, aby měl co největší povrch. Na mřížku se nanáší pasta tvořená síranem olovnatým a kyselinou sírovou, která se používá i jako elektrolyt (20% roztok). Desky jsou odděleny tzv. separátorem, který je zhotoven ze skelné vaty a obsahuje další příměsi. Pokud k elektrodám připojíme zdroj stejnosměrného elektrického proudu, na katodě se bude vylučovat tmavošedé olovo a na anodě se bude vytvářet vrstvička červenohnědého oxidu olovičitého. Tímto způsobem vznikne soustava, kterou lze po odpojení zdroje stejnosměrného elektrického proudu využít jako galvanický článek. Jeho napětí je 2 V. Oxidačně redukční děje probíhající při nabíjení a vybíjení olověného akumulátoru:

PbO2 + Pb + 2H2SO4 → 2PbSO4 + 2H2O vybíjení, opačným směrem nabíjení

Kapacita činí při menších provedeních 1–100 Ah, u velkých až přes 10 000 Ah. Nevýhodou olověného akumulátoru je jeho velká hmotnost, předností stálost napětí a malý vnitřní odpor. U ocelového akumulátoru (nikl-železný nebo nikl-kadmiový akumulátor označovaný také jako Edisonův akumulátor) je elektrolytem 21 % hydroxid draselný. Elektrodami jsou hydroxid niklitý a železo, popř. kadmium. Napětí článku je 1,2 V; kapacita odpovídá kapacitě olověného akumulátoru. Přednosti ocelového akumulátoru jsou mechanická a elektrická robustnost, odolnost proti nárazu. Zvláštní formou jsou plynotěsné ocelové akumulátory v miniaturním provedení jako knoflíkové články s kapacitou až 20 mAh.

Skládají se z nádobky (kladný pól) a víčka (záporný pól), elektrolyt je v pastovité podobě nebo nasáknut v porézní látce. Jsou použitelné v libovolné poloze. Plynotěsné ocelové akumulátory se používají v malých přenosných přístrojích všeho druhu. Pouze čtvrtinovou hmotnost při stejné kapacitě má ve srovnání s olověným akumulátorem stříbro-zinkový akumulátor, jehož použití je poněkud omezeno vysokou cenou a menší životností, častěji se uplatňuje v miniaturní podobě a ve speciálních případech. Akumulátory typu kov-vzduch se zvláště vysokou specifickou kapacitou by se po dalším vývoji mohly uplatnit jako zásobníky energie pro elektrické dopravní prostředky s větším dosahem ( elektrická vozidla). Nově vyvíjený akumulátor (sodíko-sírový) pracuje s tekutým sodíkem jako anodou a sírou jako katodou. Při provozní teplotě kolem 300 °C putují sodíkové ionty elektrolytem ke katodě a vytvářejí tam natriumpolysulfid (sulfid sodný). Provozní napětí se pohybuje kolem 1,9 V, hustota energie dosahuje s hodnotou 0,4 Wh/kg, což je desetinásobek hustoty olověného akumulátoru. Zkouší se použití u elektromobilů.


Honza, Jaroslav, Mareček, Aleš:Chemie pro čtyřletá gymnázia, 2. díl. Olomouc 1998
Vacík, Jiří. a kol.: Přehled středoškolské chemie. Praha 1995
Všeobecná encyklopedie Universum - multimediální verze 2.0

Zpracovala: Kristina Jílková, 14.3.2002

GALVANICKÉ ČLÁNKY
Podle L. Galvaniho pojmenované zařízení k přímému převodu chem. energie na elektrickou. Skládá se ze dvou rozdílných, převážně kovových elektrod, které jsou ponořeny do společného elektrolytu, resp. do dvou elektrolytů oddělených průlinčitou nádobou (diafragmou), aniž by se vzájemně dotýkaly. Ve vnějším vodiči, který spojuje elektrody, vzniká pak el. proud. Pro vznikající napětí na elektrodách, které vyvolá el. proud, je rozhodující postavení dotyčných látek v elektrochemické napěťové řadě. První galvanický článek sestrojil r. 1800 N. Volta (tzv. voltův sloup). Do Čech přišly první suché články kolem roku 1898 z Vídně. Článek, vynalezený francouzským chemikem G. Leclanché (1839 až 82), dosáhl u suché baterie napětí 1,5 V. V zinkové nádobce jako negativní katodě a v elektrolytu z 10–20% roztoku salmiaku se jako anoda nachází uhlíková tyčinka, která je obklopena burelem, umístěným do sáčku nebo hliněného válce. V burelu oxiduje vznikající vodík na vodu. Vznikající elektromotorická síla (pův. napětí) má hodnotu 1,5 V. Dalším článkem, který nalezl praktické uplatnění, je článek rtuťový. používá ne např. do naslouchátek, hodinek, expozimetrů apod.

Je zdrojem stabilního napětí 1,35 V a jeho životnost je v porovnání s Leclacheovým článkem větší. Je však také dražší. Vlastní článek je uzavřen v obalu z nerezové oceli. Anoda je tvořena lisovaným amalgamovaným zinkovým práškem a katoda směsí oxidu rtuťnatého s grafitem. Póly článku jsou odděleny adsorbentem napuštěným koncentrovaným roztokem KOH, který slouží jako elektrolyt. (Zn + HgO ----> Hg + ZnO). Jiné moderní galvanické články mají elektrody ze rtuti a amalgamu kadmia (např. Westonův článek s normal. napětím 1,018 V), zinku a chloridu stříbra (1,02 V) nebo niklu a kadmia (dá se znovu nabíjet). Galvanické články se dají klasifikovat na:
a) primární články, které přeměňují chemickou energii v elektrickou
b) sekundární články, které se dají nabíjet a vybíjet a znovu nabíjet, tedy pracují reversibilně (obráceně) - akumulátory
c) palivové články, které dodávají elektrický výkon tak dlouho, pokud je jim přiváděno palivo. Palivový článek je vlastně galvanický článek pro přeměnu chemické energie plynné látky (vodíku) na energii elektrickou. K přeměně dochází při katalytické reakci s oxidovadlem na elektrodách. Palivové články se vyznačují vysokou účinností přeměny energie (teor. 100%, prakt. 85%) a ekologické výhodností, jediným odpadním produktem je voda. nejznámějším palivovým článkem je článek kyslíkovodíkový.

Galvani Luigi
italský lékař a přírodovědec, * 9. 9. 1737 Bologna, † 4. 12. 1798 tamtéž. Objevil r. 1789 při pokusech se žabími stehýnky po něm pojmenovanou galvanickou elektřinu. Galvani připisoval nejprve svá pozorování projevům života, až Alessandro Volta pochopil fyzikální základy galvanických článků.










Honza, Jaroslav, Mareček, Aleš: Chemie pro čtyřletá gymnázia, 2. díl. Olomouc 1998
Vacík, Jiří a kol.: Přehled středoškolské chemie. Praha 1995
Všeobecná encyklopedie Universum - multimediální verze 2.0

Zpracovala: Kristina Jílková, 14.3.2002.