ХИМИ́ЧЕСКИЕ ИСТО́ЧНИКИ ТО́КА

ХИМИ́ЧЕСКИЕ ИСТО́ЧНИКИ ТО́КА, уст­рой­ст­ва, в ко­то­рых хи­мич. энер­гия окис­ли­тель­но-вос­ста­но­вит. ре­ак­ций пре­об­ра­зу­ет­ся не­по­сред­ст­вен­но в элек­три­че­скую. Лю­бой Х. и. т. со­дер­жит от­ри­цат. и по­ло­жит. элек­тро­ды, из­го­тов­лен­ные из элек­трич. про­вод­ни­ков 1-го ро­да (с элек­трон­ной про­во­ди­мо­стью), ко­то­рые раз­де­ле­ны элек­тро­ли­том – про­вод­ни­ком 2-го ро­да, об­ла­даю­щим ион­ной про­во­ди­мо­стью. Про­цес­сы окис­ле­ния и вос­ста­нов­ле­ния в Х. и. т. про­стран­ст­вен­но раз­де­ле­ны: при за­мы­ка­нии внеш­ней це­пи на от­ри­цат. элек­тро­де про­те­ка­ет окис­ле­ние вос­ста­но­ви­те­ля с вы­де­ле­ни­ем элек­тро­нов во внеш­нюю цепь, а на по­ло­жи­тель­ном – вос­ста­нов­ле­ние окис­ли­те­ля с по­треб­ле­ни­ем эк­ви­ва­лент­но­го ко­ли­че­ст­ва элек­тро­нов из внеш­ней це­пи. Эк­ви­ва­лент­ное ко­ли­че­ст­во ио­нов пе­ре­но­сит­ся при этом че­рез элек­тро­лит от од­но­го элек­тро­да к дру­го­му. Со­во­куп­ность ма­те­риа­лов элек­тро­дов и элек­тро­ли­та пред­став­ля­ет элек­тро­хи­мич. сис­те­му Х. и. т. В ус­ло­ви­ях ра­зомк­ну­той це­пи ток че­рез Х. и. т. не про­те­ка­ет, а на его элек­тро­дах ус­та­нав­ли­ва­ет­ся элек­тро­дви­жу­щая си­ла (эдс), ко­то­рая од­но­знач­но оп­ре­де­ля­ет­ся элек­тро­хи­мич. сис­те­мой, т. е. при­ро­дой то­ко­об­ра­зую­щей ре­ак­ции. Элек­трод, на ко­то­ром про­те­ка­ет ре­ак­ция окис­ле­ния, на­зы­ва­ет­ся ано­дом; элек­трод, на ко­то­ром про­те­ка­ет вос­ста­нов­ле­ние, – ка­то­дом. Зна­че­ние эдс разл. Х. и. т. ко­леб­лет­ся от 0,5 до 4,0 В. Для удоб­ст­ва экс­плуа­та­ции Х. и. т. час­то со­еди­ня­ют в по­сле­до­ва­тель­ные ба­та­реи. Для по­лу­че­ния боль­ших то­ков раз­ря­да ис­поль­зу­ют па­рал­лель­ное со­еди­не­ние хи­мич. ис­точ­ни­ков то­ка.

Раз­ли­ча­ют пер­вич­ные, или од­но­ра­зо­вые, Х. и. т. – галь­ва­ни­че­ские эле­мен­ты, и вто­рич­ные, или пе­ре­за­ря­жае­мые, Х. и. т. – ак­ку­му­ля­то­ры. В тех и дру­гих уст­рой­ст­вах ак­тив­ные ве­ще­ст­ва, уча­ст­вую­щие в то­ко­об­ра­зую­щей ре­ак­ции, на­хо­дят­ся не­по­сред­ст­вен­но в элек­тро­дах. По­сле окон­ча­ния раз­ря­да, т. е. по­сле ис­чер­па­ния за­па­са ак­тив­ных ве­ществ, пер­вич­ные эле­мен­ты вы­хо­дят из строя, а ак­ку­му­ля­то­ры мо­гут быть вновь пе­ре­ве­де­ны в ра­бо­то­спо­соб­ное со­стоя­ние пу­тём за­ря­да, т. е. про­пус­ка­ни­ем то­ка в на­прав­ле­нии, об­рат­ном за­ря­ду. На элек­тро­дах при этом про­те­ка­ют те же ре­ак­ции, что и при раз­ря­де, но в об­рат­ном на­прав­ле­нии. Ак­ку­му­ля­то­ры мо­гут быть пе­ре­за­ря­же­ны неск. со­тен раз. Про­цесс по­сле­до­ва­тель­но­го за­ря­да и раз­ря­да ак­ку­му­ля­то­ров на­зы­ва­ют цик­ли­ро­ва­ни­ем. Важ­ная раз­но­вид­ность пер­вич­ных эле­мен­тов (ко­то­рую обыч­но вы­де­ля­ют в отд. са­мо­сто­ят. ка­те­го­рию) – то­п­лив­ные эле­мен­ты, в ко­то­рых про­ис­хо­дит толь­ко про­цесс то­ко­об­ра­зо­ва­ния, а ак­тив­ные ве­ще­ст­ва хра­нят­ся от­дель­но и по­да­ют­ся в эле­мент по ме­ре не­об­хо­ди­мо­сти. Со­глас­но Фа­ра­дея за­ко­нам, су­ще­ст­ву­ет пря­мая про­пор­цио­наль­ность ме­ж­ду ко­ли­че­ст­вом элек­три­че­ст­ва, вы­ра­ба­ты­вае­мо­го Х. и. т., и ко­ли­че­ст­вом из­рас­хо­до­ван­ных ак­тив­ных ве­ществ. Сле­до­ва­тель­но, ско­рость из­рас­хо­до­ва­ния ак­тив­ных ве­ществ стро­го про­пор­цио­наль­на то­ку раз­ря­да. Т. о., ко­ли­че­ст­во элек­три­че­ст­ва, ко­то­рое мо­жет вы­ра­бо­тать Х. и. т., или его ём­кость, про­пор­цио­наль­но ко­ли­че­ст­ву за­ло­жен­ных в не­го ак­тив­ных ве­ществ. Осн. ха­рак­те­ри­сти­ки Х. и. т.: на­пря­же­ние, мак­си­маль­но до­пус­ти­мый ток раз­ря­да, тем­пе­ра­тур­ный диа­па­зон ра­бо­то­спо­соб­но­сти.

Пер­вый Х. и. т. соз­дал А. Воль­та в 1800, и с это­го мо­мен­та на­ча­лась эра элек­три­че­ст­ва. Ши­ро­кое рас­про­стра­не­ние име­ют мар­ган­це­во-цин­ко­вые, мар­ган­це­во-ли­тие­вые, фто­руг­ле­род­но-ли­тие­вые пер­вич­ные эле­мен­ты, а так­же свин­цо­вые (ки­слот­ные), ни­кель-кад­мие­вые и ни­кель-ме­талл­гид­рид­ные (ще­лоч­ные) и ли­тий-ион­ные ак­ку­му­ля­то­ры. Про­из­во­дят­ся и на­хо­дят­ся в экс­плуа­тации во­до­род­но-ки­сло­род­ные (во­до­род­но-воз­душ­ные) то­п­лив­ные эле­мен­ты с по­ли­мер­ным элек­тро­ли­том, с рас­плав­лен­ным кар­бо­нат­ным элек­тро­ли­том и с твёр­дым ок­сид­ным элек­тро­ли­том. В ка­че­ст­ве эта­ло­нов на­пря­же­ния ис­поль­зу­ют нор­маль­ные эле­мен­ты, имею­щие вос­про­из­во­ди­мое с точ­но­стью до 1·10^–5 В на­пря­же­ние.

Осн. сфе­ры при­ме­не­ния Х. и. т. – энер­го­обес­пе­че­ние пор­та­тив­ной ап­па­ра­ту­ры (от мо­биль­ных те­ле­фо­нов до иг­ру­шек), обес­пе­че­ние стар­та дви­га­те­лей внутр. сго­ра­ния, обес­пе­че­ние энер­ги­ей транс­порт­ных средств, сгла­жи­ва­ние на­гру­зок в элек­тро­се­тях, обес­пе­че­ние ава­рий­но­го элек­тро­снаб­же­ния и т. п. Эти об­лас­ти при­ме­не­ния со­став­ля­ют ма­лую энер­ге­ти­ку, в от­ли­чие от боль­шой энер­ге­ти­ки, свя­зан­ной со ста­цио­нар­ны­ми элек­тро­се­тя­ми.