Аккумуляторы

Они также вырабатывают электрический ток в результате окислительно-восстановительного процесса. Но в аккумуляторе под действием внешнего источника постоянного тока происходят обратимые процессы, при которых исходные вещества восстанавливаются, Окислительно-восстановительная реакция может вновь повториться, вырабатывая при этом новое количество энергии. Следовательно, аккумуляторы только накапливают электроэнергию, которую при необходимости могут снова отдать. Отсюда происходит и их название.

Вот, например, как работает свинцовый аккумулятор. Один его электрод – с более отрицательным потенциалом – сделан из свинца, а другой – из диоксида свинца. Электролитом служит раствор серной кислоты. Оба электрода погружены в общий раствор – электролитный мост отсутствует. Интересный гальванический элемент, не так ли? Он работает.

– Где же здесь окислитель и где восстановитель?

– Так ведь это различные валентные состояния свинца. Восстановитель – свободный металл, а окислитель – ионы четырехвалентного свинца, входящие в состав диоксида свинца. Они обмениваются между собой электронами, и образуются ионы двухвалентного свинца. Различие в электродном материале, а значит и разность электродных потенциалов постепенно уменьшается. Если этот процесс будет идти до конца, она исчезнет совсем. Но мы этого не допустим. После работы в течение определенного времени аккумулятор надо зарядить.

– Как это сделать?

– При зарядке он играет роль потребителя электрической энергии. Подключим его к клеммам выпрямителя тока и заставим те же самые процессы протекать в обратном направлении. На одном электроде восстанавливается свинец с нулевой валентностью (металл), а на другом – четырехвалентный. Теперь вновь можно потреблять электрическую энергию. И так повторяется много, много раз...

Свинцовый аккумулятор прост в эксплуатации и обладает устойчивым режимом работы. Его напряжение 2 В. Конструируют аккумуляторные батареи, содержащие 2, 4, б и больше ячеек. Такие батареи используют в двигателях внутреннего сгорания и на телефонных станциях, в электрокарах и электромобилях. Днем они находятся в эксплуатации, а вечером, когда потребление электроэнергии уменьшается, заряжаются. Удобно работать с такими батареями. Нет ни дыма, ни выхлопных газов.

Один из предполагаемых путей решения энергетического кризиса связан с использованием электромобилей на аккумуляторах. Им не требуются ни бак для горючего, ни баллоны с газом. На заправочных станциях водитель оставит отработанные аккумуляторы и возьмет заряженные. А там, на заправочных станциях (вероятно, их и называть будут по-другому), вместо цистерн с бензином будут мощные токовыпрямительные установки.

Имеется, однако, и ряд трудностей. Сегодняшние аккумуляторы еще слишком тяжелы и маломощны (слишком мало энергии может в них накапливаться). Выход один – создавать более легкие аккумуляторы, выпускать более мощные батареи.

Существуют и другие аккумуляторы, ведь окислительно-восстановительных процессов очень много. Еще Эдисон предложил железо-никелевый аккумулятор. Один его электрод из железа, а другой из гидроксида никеля; оба погружены в раствор КОН. Часто к этому электролиту прибавляют и немного LiOH – это повышает мощность аккумулятора. При работе этого аккумулятора протекает следующий окислительно-восстановительный процесс.

Железо – восстановитель, и оно посылает свои электроны по внешней цепи к гидроксиду никеля, который играет роль окислителя. При зарядке аккумулятора процессы протекают в обратном направлении.

По сравнению со свинцовым аккумулятором щелочной железо-никелевый аккумулятор надежнее работает в условиях перегрузок. Его напряжение около 1,8 В.

Аккумуляторы питают не только электромобили, но и самозаряжающиеся карманные фонарики, и некоторые радиоаппараты, и Малогабаритные холодильники.

Здесь я снова прерву свой рассказ, чтобы напомнить, с чем мы познакомились. Мы узнали, как человек использует на практике переход электронов, совершающийся при окислительно-восстановительных процессах. Ученые изобрели много способов для осуществления этого перехода не прямо от восстановителя к окислителю, а по внешней цепи. Этот принцип человек стремится применить везде, где энергия окислительно-восстановительных процессов растрачивается впустую или используется не в полной мере. Путь ясен, но идти по нему не так-то просто.

Заканчиваются ли на этом связи химии с электрическим током? Ведь при протекании тока электроны движутся в определенном направлении. Нельзя ли использовать это движение, чтобы вызвать окислительно-восстановительный процесс? Что происходит, когда


Полезное чтиво:
Электрический ток протекает в растворах электролитов?
Фарадей изучает электролиз
Явление электролитической диссоциации
Почему именно электролиты проводят электрический ток?
Концентрация или активность?
Растворение электролитов в воде