Galvanický článek (voltaický článek) je elektrochemický článek, ve kterém je elektrický proud generován spontánními oxidačně-redukčními reakcemi.
Skládá se ze dvou poločlánků, které jsou tvořeny dvěma elektrodami ponořenými v elektrolytu. Využívají ionizaci a jsou chemickým zdrojem elektrického napětí.
Galvanický článek se obvykle skládá ze dvou různých kovů, z nichž každý je ponořen do samostatných kádinek obsahujících příslušné kovové ionty v roztoku. Ty jsou spojeny solným můstkem nebo odděleny porézní membránou.
Galvanický článek se nazývá podle italského lékaře, přírodovědce a fyzika Luigiho Galvaniho. Při pitvání žabích stehýnek zpozoroval jejich záškuby po dotyku dvou kovových předmětů, které byly podobné záškubům vyvolaným elektrickým nábojem.
Tento jev správně vysvětlil italský fyzik Alessandro Volta vznikem elektrického napětí mezi dvěma kovy vodivě propojenými elektrolytem obsaženým v buňkách žabího stehýnka. Proto se často galvanický článek nazývá voltaický článek.
Elektromotorické napětí na galvanickém článku vzniká z rozdílu potenciálů na elektrodách, elektrické potenciály jsou důsledkem chemických reakcí mezi elektrodami a elektrolytem. Tyto reakce mohou být samovolné nebo vyvolané průchodem elektrického proudu (tedy elektrolýzou).
Matematicky platí:
za podmínky , kde U1 je napětí první elektrody a U2 je napětí druhé elektrody
Po zapojení článku do elektrického obvodu probíhají uvnitř článku reakce, kterými se postupně snižuje elektrická energie uložená v článku, článek se vybíjí. Tyto reakce mohou být nevratné – napětí článku se po vybití nedá obnovit (primární články) – nebo vratné – článek lze znovu nabít (sekundární články, též akumulátory).
Galvanický článek je zdrojem stejnosměrného proudu s napětím do několika málo voltů. Při průchodu elektrického proudu článkem se projeví vnitřní odpor článku. Vnitřní odpor Ri má za následek snížení napětí článku na svorkové napětí U:
Při sestavování galvanického článku se pro elektrody a elektrolyty používají takové kombinace chemických látek, aby potenciál vznikající na elektrodách měl dostatečnou velikost a zároveň aby měl článek další požadované vlastnosti jako například trvanlivost nebo dostatečnou kapacitu.
Vhodnými a nejčastěji používanými látkami pro zápornou elektrodu jsou zinek, lithium, kadmium a hydridy různých kovů, pro kladnou elektrodu oxid manganičitý (MnO2, burel), oxid-hydroxid niklitý (NiO(OH)) a oxid stříbrný (Ag2O).
Jako elektrolyt se používají vodné roztoky alkalických hydroxidů (nejčastěji hydroxid draselný), silných kyselin nebo jejich solí. Kromě toho se používají také bezvodé elektrolyty, které obsahují vhodnou sůl rozpuštěnou v organickém rozpouštědle.
Další látky v galvanických článcích mají za úkol regulovat chemické reakce tak, aby se například prodloužila životnost článku, snížila možnost úniku nebezpečných látek a zlepšení dalších vlastností.
název článku | elektrody | elektrolyt | Ue [V] | em [kJ/kg] | eV [MJ/m3] | poznámka |
---|---|---|---|---|---|---|
primární články | ||||||
Voltův článek | +měď Cu −zinek Zn | kyselina sírová H2SO4 | 1 | ? | ? | historicky první zdroj stálého elektrického proudu (1800) |
zinko-uhlíkový článek (Leclancheův článek) | +oxid manganičitý MnO2 −zinek Zn | chlorid amonný NH4Cl | 1,5 | 240 | 450 | obyčejné baterie |
alkalický článek | +oxid manganičitý MnO2 −zinek Zn | hydroxid draselný KOH | 1,5 | 280 | 900 | nejběžnější, kvalitní baterie |
stříbro-oxidový článek (zinko-stříbrný článek) | +oxid stříbrný Ag2O −zinek Zn | hydroxid draselný KOH | 1,5 | 440 | 1400 | velmi kvalitní baterie |
Bunsenův článek | +kyselina dusičná HNO3 −zinek Zn | kyselina sírová H2SO4 | 1,9 | ? | ? | vyšší proudy |
lithiový článek | +oxid manganičitý MnO2 −lithium Li | lithiová sůl (např. LiAlCl4) v organickém rozpouštědle | 3 | ? | 2100 | dlouhá životnost |
sekundární články | ||||||
olověný akumulátor | +oxid olovičitý PbO2 −olovo Pb | kyselina sírová H2SO4 | 2 | 140 | 240 | tvrdý zdroj |
nikl-ocelový akumulátor (NiFe) | +nikl Ni −železo Fe | hydroxid draselný KOH | 1,2 | ? | ? | nízká účinnost |
nikl-kadmiový akumulátor | +oxid-hydroxid niklitý NiO(OH) −kadmium Cd | hydroxid draselný KOH | 1,2 | 120 | 350 | obyčejné dobíjecí baterie, jedovaté |
nikl-metal hydridový akumulátor | +oxid-hydroxid niklitý NiO(OH) −vodík vázaný v hydridu kovu (metal) | hydroxid draselný KOH | 1,2 | 280 | 720 | kvalitní akumulátory, nejedovaté |
lithium-iontový akumulátor | +oxid lithno-kobaltitý LiCoO2 −lithium vázané v grafitu | lithiová sůl (např. LiPF6) + organické rozpouštědlo | 3,6 | ? | ? | nejběžnější, velmi vysoká kapacita |
lithium-polymerový akumulátor | LiCoO2 nebo LiMn2O. Lithium nebo sloučenina uhlíku a lithia | Vodivý polymer (polyethyleneoxid) | 3,7 | ? | ? | velmi vysoká kapacita |
nikl-zinkový akumulátor | +oxid-hydroxid niklitý NiO(OH) −zinek Zn | ? | 1,6 | 234 | ? | kvalitní akumulátory, nejedovaté |
Ue = elektromotorické napětí
em = měrná energie (E/m, kde E je elektrická energie, m je hmotnost)
eV = hustota energie (E/V, kde E je elektrická energie, V je objem)
hodnoty em a ev platí pro čerstvý článek, při vybíjení se snižuje
+ kladná elektroda
− záporná elektroda
elektrolyt - vždy roztok uvedené látky
Pro dosažení vyššího napětí se články spojují sériově do baterií, celkové elektrické napětí je pak dáno součtem dílčích napětí jednotlivých článků v baterii. Například plochá baterie obsahuje 3 suché články, 9V baterie obsahuje 6 suchých nebo alkalických článků, automobilový akumulátor obsahuje 6 akumulátorových článků. Pokud sériově zapojené články nemají stejnou kapacitu, může při hlubokém vybíjení být článek s nejnižší kapacitou vybit pod přípustnou mez nebo dojde k jeho zničení.
Při paralelním spojení článků zůstává elektrické napětí stejné, baterie jako celek však snese vyšší zatížení. Paralelním zapojením zdrojů se snižuje vnitřní odpor celkového zdroje a ten pak může dodávat větší elektrický proud. Paralelně spojovat je možno jen stejné články (typ i stupeň vybití), jinak vyrovnávací proudy mezi jednotlivými větvemi mohou způsobit i explozi vybitého článku.
Galvanické články se nacházejí především v přenosných elektrických spotřebičích – baterkách, hodinkách, mobilních telefonech, přenosných počítačích, fotoaparátech a kamerách. Všude tam, kde se nelze připojit k elektrické síti nebo přímo použít mechanický zdroj (generátor).
Akumulátory je možné rovněž použít k uložení elektrické energie, potřebné při přerušení dodávky ze sítě, např. v záložních zdrojích nebo jako zdroj elektřiny ve stojícím automobilu.
V tomto článku byl použit překlad textu z článku Galvanic cell na anglické Wikipedii.
This article uses material from the Wikipedia Čeština article Galvanický článek, which is released under the Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 license ("CC BY-SA 3.0"); additional terms may apply (view authors). Text je dostupný pod CC BY-SA 4.0, pokud není uvedeno jinak. Images, videos and audio are available under their respective licenses.
®Wikipedia is a registered trademark of the Wiki Foundation, Inc. Wiki Čeština (DUHOCTRUNGQUOC.VN) is an independent company and has no affiliation with Wiki Foundation.