Химические источники тока. Марганцево-цинковый первичный элемент: устройство, уравнение процессов, достоинства и недостатки

Химическими источниками тока (ХИТ) называются устройства, в ко­торых химическая энергия активных веществ превращается в электри­ческую. В современных средствах связи химические источники тока широко применяются в качестве основных и резервных источников пи­тания.

Пo характеру работы все известные ХИТ делятся па две группы: первичные и вторичные.

Первичные химические источники тока допускают лишь однократное использование заключенных в них активных веществ. К им отно­сятся элементы следующих типов: марганцево-цинковые и медно-магниевые. Кроме того, первичные ХИТ делятся на две труппы по виду электролита: на элементы с жидким электролитом и сухие элементы, содержащие вязкий невыливающийся электролит.

Вторичные химические источники тока - электрические аккумулято­ры - допускают многократное использование.

Работоспособность аккумуляторов восстанавливается их зарядом, т.е. пропусканием постоянного тока через аккумулятор в направлении, противоположном направлению тока разряда. Работа аккумулятора со­стоит из чередующихся между собой зарядов и разрядов. Разрядом на­зывают процесс превращения химической энергии в электрическою. Один заряд и один разряд составляют рабочий цикл

Марганцево-цинковые элементы и батареи имеют сравнительно ма­лую стоимость, сохраняют работоспособность в широком диапазоне температур, просты в эксплуатации и хранении, находят широкое при­менение в качестве источников питания телефонной, измерительной и различного рода вспомогательной аппаратуры и приборов.

Марганцево-цинковый элемент — это первичный химический источник тока, в котором катодом является двуокись марганца MnO2 (пиролюзит) в смеси с графитом (около 9,5 %), анодом – металлически цинк Zn, электролитом - желеобразный раствор Хлористого Аммония с добавкой различных загустителей для увеличения вязкости.

При работе элемента цинк окисляется:

2Zn-4e- = 2Zn2+.

Часть образующихся ионов цинка связывается молекулами аммиака в комплексный ион:

Zn2++4NH3­ = [Zn(NH3)4]2+.

Молекулы аммиака образуются в растворе вследствие гидролиза иона аммония:

4NH4++4H2O = 4HN3+4H3O+.

Электроны, получающиеся при окислении цинка, по внешней цепи переходят к диоксиду марганца, который при этом восстанавливается:

4MnO2+4H3O++4e- = 4MnO(OH)+4H2O.

Если сложить все 4 уравнения, то получится ОВР, идущая в элементе:

2Zn+4MnO2+4NH4+ = =Zn2++[Zn(NH3)4]2++4MnO(OH).

Устройство марганцово-цинкового сухого элемента:

<!--[endif]-->2

(1) — металлической колпачок,

(2) — графитовый стержень,

(3) — цинковый корпус,

(4) — влажная паста из хлорида аммония, диоксида марганца, и графитовой крошки,

(5) — металлический контакт.