Conversia electrochimica de energie

Cele mai vechi pile sunt cunoscute inca din anchititate. Catre sfartitul sec. 18, inceputul sec. 19 conversia electrochimica de energie marcheaza un progres in semnat si o larga raspandire datorita lui Galvani, Volta, Daniell etc.

Sursele electrochimice de energie se impart in 3 categorii:

Surse primare

Surse secundare

Pile de combustie

Surse primare: fac parte pilele in care energia electrica se produce pe seama unor reactanti ce se gasesc in cantitate limitata, regenerarea lor prin electroliza neavand loc.

Surse secundare: sunt acele pile la care partenerii de reactie consemnati in procesul producerii energiei electrice se pot reface cu ajutorul unui proces de electrolizanumit reincarcare

Pile de combustie: partenerii de reactie sunt alimentati in continu la electrozi pe tot parcursul, cand ele se gasesc sub sarcina sau conduc curent electric.

In pilele electrochimice are loc transformarea entalpiei de reactie. ▲G=-zFE, aceata formula poate servi la calculul fortei electromotoare. Ex: Zn+HgO+2OH- ZnO2+Hg+H20- care are loc intre pila primara al carei elctrozi sunt alcatuiti din Zn si oxid de Hg. AlgO este amestecat cu grafit care joaca rolul de conduvtor electric. Drept electrolit se foloseste solutia apoasa de hidroxid de potasiu. Pilele electrochimice primare:

1.Pile primare uscate

Cea mai rapandita pilauscata este pila Leclauche, care a fost pentru prima data descrisa in 1867 de chimistul francez Georges Leclauche. In decursul timpului pila a suferit numeroase transformari, dar substantele active au ramas constante: Zn si MnO2, gratie supratensiunii mari de degajarea H2 pe electrodul de Zn si solubilitatii lor extrem de mici in electroliti.

Reactiile care au loc:

In realitate reactiile din pila sunt mult mai complexe, aparand in diversele faze si Mn2O3. Alegerea variantei de oxid de Mn este o arta a fiecarui fabricant. In general se alege forma primara a mineralului. Pentru a evita ca electrodul de Zn sa se consume, in special an urma proceselor corozive din atmosfera, el este izolat cu ajutorul unui ambalaj din carton, otel sau plastic. In jurul electrolitului se gaseste o membrana ce separa cei doi electrozi, de obicei din hartie. Pentru a le putea lega in serie, adesea ori se foloseau pile avand forma plata, legarea in serie se face prin simpla suprapunere a lor. Daca MnO2 se inlocuieste cu HgO se observa o imbunatatire a cantitatii de curent care se obtine. Acest lucru realizeaza prin amalgamarea electrodului de Zn. Prin aceasta transformare supratensiunea H2 devine foarte mare.Reactia globala care are loc in acest caz este:

Daca in vecinatatea electrodului de Zn se depaseste produsul de solubilitate atunci se poate precipita oxidul de Zn. Pila este comercializata in forma cilindrica sau sub fotma de nasture. Pulberea de amalgam de Zn presata reprezinta polu (-), iar amestecul HgO si grafit reprzinta polul (+). Intre cei doi electrozi se aseaza electrolitul. O solutie de KOH imobilizata in porii unei hartii de filtru, fie in vata. Pentru a evita modificarea compozitiei electrolitului in cursul descarcarii pilei, aceasta se satureaza de la bun inceput cu ZnO.

O densitate de energie si mai mare se poate obtine in pilele Leclanche, in care polul pozitiv este inlocuit cu Ag2O. Pretul ridicat insa limiteaza utilizarea acestor pile, doar in cazuri speciale. Cu Ag2O se obtine o tensiune superioara la borne, potentialul fiind atat de ridicat, incat poate descompune apa cu degajare de O2. Aria utilizarii acestui tip de pile este extinsa, acoperind domenii ca: alimentarea aparatelor de uz casnic, ceas, jucarii etc.

O aplicatie a acestor pile este si in medicina, larga utilizare de care se bucura pilele leclanche, poate fi ilustrata si prin productia mondiala anualaa de ordinul miliardelor de bucati.

1.2 Pile primare care se pot activa

Modificarile din pilele primare cunoscute prin imbatranire, coroziune, autodescarcare in cursul depozitarii, cauzeaza urmari decisive in folosirea lor. Reactiile nedorite se pot evita, daca punerea in functiune a pilei se face in scurt timp inainte de utilizare. Aceasta activare se poate face prin adaugarea electrolitului prin incalzirea pile (activare termica) sau prin introducere de gaz. Adeseori reactiile pararele dintre electrolit si electrozii metalici constituie cauza unor capacitati de depozitare reduse. De aceea in unele categorii de pile electrolitul se adauga numai inaintea folosirii. In pilele activate termic toti componentii se gasesc la inceput la locurile lor. Electrolitul este un conductor solid la temperatura obisnuita, pentru punerea in functiune a pilei este necesara aducerea lui in stare topita. In pilele activate cu gaz formarea electrolitului are loc prin introducerea unei substante gazoase intre electrozi.

Cu vapori de apa se activeaza pila prin formarea solutiilor apoase.

Pile secundare

2.1 Pila reversibila Daniell

2.2 Acumulatorii

In practica zilnica se folosesc de fapt cu numar mic de acumulatoare: acum. cu Pb, Ni-Fe, Ni-Cal, -Ag20-Zn.

Acumulatoarele sunt constituite prin asocierea unui electrod de specia I cu unul de specia a II-a. Electrodul fiind acid la acumulatorul cu Pb, alcalin la celalalt. Majoritatea acumulatoarelor au tehnologie de fabricatie traditionala si faptul ca reactia activa se desfasoara intre substante comune si electrolit, explica denumirea de acumulatoare conventionale.

Acesta reactie este reversibila, ceea ce permite reincarcarea acumulatorului printr+un proces de elctroliza. Degajarea hidrogenului pe electrodul cu Pb si a oxigenului pe electrodul cu PbO2 sunt avantajoase din punct de vedere termodinamic. Principala utilizare a acumulatorului cu Pb este la motoarele cu ardere interna, se mai foloseste la actionarea motoarelor de cale ferata, in laboratoare etc.

Acumulatoarele alacaline Ni-Fe au cunoscut o inflorirr in sec. XIX. Cand incepuse functionarea electromobilului, motorul cu ardere interna a inlocuit electromobilul. Bateriile alcaline au pastrat o parte considerabila in domeniul fabricarilor surselor electrochimice de incarcare, au dezvoltat un avant apreciabil dupa crearea variantei ermetice izolate cu ac

Se pare ca dizolvarea fierului are loc prin intermediul unui strat de oxigen adsorbit, rezultat in urma descarcarii . Hidroxilul formeaza mai departe prin descarcari Fe(OH)2.

Avantaje:

-suporta un numar mai mare de incarcari

-intretinere simpla

-raspunde mai bine la suprasolicitari mecanice si electrice

-suporta descarcare completa

Dezavantaje:

-randament mai mic

-cost ridicat

-tensiune mai mica

Utilizarea lor este preferata acolo unde exista conditii grele de lucru.

Pentru a putea face acumulatoarele utilizabile in orice conditii este necesar a se depune eforturi in sensul evident varsarii electrodului foarte coroziv. Eforturile in aceasta ssirectie au dus la utilizarea acumulatoarelor ermetic inchise