Ogniwa

galwaniczne

Ogniwa

galwaniczne

2

Siła elektromotoryczna

ogniwa

Siła elektromotoryczna ogniwa, SEM, jest miarą

zdolności reakcji ogniwa do spowodowania

przepływu elektronów przez obwód. SEM ogniwa

definiuje się jako różnicę potencjałów elektrody

dodatniej (o wyższej wartości potencjału E

katoda

) i

ujemnej (E

anoda

) dla ogniwa otwartego, czyli

takiego, w którym obwód elektryczny nie jest

zamknięty, a opór między biegunami ogniwa jest

nieskończenie wielki.

SEM = E

katoda

- E

anoda

Siła elektromotoryczna ogniwa, SEM, jest miarą

zdolności reakcji ogniwa do spowodowania

przepływu elektronów przez obwód. SEM ogniwa

definiuje się jako różnicę potencjałów elektrody

dodatniej (o wyższej wartości potencjału E

katoda

) i

ujemnej (E

anoda

) dla ogniwa otwartego, czyli

takiego, w którym obwód elektryczny nie jest

zamknięty, a opór między biegunami ogniwa jest

nieskończenie wielki.

SEM = E

katoda

- E

anoda

3

Siła elektromotoryczna

ogniwa

Umówiono się, że będzie się porównywać SEM

ogniw galwanicznych w warunkach

standardowych. Dla tych warunków wartość SEM

nazywana jest standardową siłą

elektromotoryczną.

SEM

= E

o

(katoda)

- E

o

(anoda)

Fe

(s)

|Fe

2+

(aq)

||Ag

+

(aq)

|Ag

(s)

      SEM = 1,24 V

4

Ogniwo galwaniczne

Zasada działania ogniw galwanicznych

polega na wykorzystaniu uwolnionych

w trakcie reakcji chemicznej

elektronów, będących nośnikiem

energii przekazywanej na sposób

elektryczny.

5

Ogniwo galwaniczne

SEM = E

katoda

- E

anoda

6

ogniwa

WTÓRNE

odwracalne

PIERWOTNE

nieodwracaln

e

ogniwo Volty
ogniwo Daniela
ogniwo cynkowo-

manganowe

ogniwo cynkowo-

powietrzne

ogniwo litowe

akumulator kwasowo-ołowiowy

(Pb)

akumulator niklowo-kadmowy

(NiCd)

akumulator niklowo-

wodorkowy (NiMH)

akumulator alkaliczny

manganowy MnO

2

akumulator litowo-jonowy (Li-

Ion)

akumulator litowo-polimerowy

7

Ogniwa pierwotne

i wtórne

PIERWOTNE

WTÓRNE

Nieodwracalne zużycie

elektrod

Odzysk elektrod – przez

dostarczenie energii

elektrycznej odtwarza się stan

utlenienia i strukturę

elektrody

Proces anodowy i katodowy

odnoszą się do konkretnej

elektrody, zachodzą tylko raz

Reakcje katodowe i anodowe

powtarzają się przemiennie na

obu elektrodach w cyklu

ładowanie-rozładowanie

Elektrody metaliczne

(jednorazowe)
Produkty mogą być

rozpuszczalne w elektrolicie

Substraty i produkty

pozostają w fazie elektrody
Minimalizowanie zmian w

strukturze i kształcie elektrod

8

Ogniwo nieodwracalne: ogniwo

Volty

Zn | H

2

SO

4

|

Cu

9

Ogniwo nieodwracalne: ogniwo

Volty

Przebieg procesów
elektrodowych :

Anoda : Zn

0

– 2e

-

→ Zn

2+

Katoda : 2H

+

+ 2e

-

→ H

2

0

Sumarycznie : Zn + H

2

SO

4

→

ZnSO

4

+ H

2

10

Ogniwo Daniella

Zn | ZnSO

4

|| CuSO

4

| Cu

11

Ogniwo Daniella

Przebieg procesów
elektrodowych :

Anoda : Zn

0

– 2e

-

→ Zn

2+

Katoda : Cu

2+

+ 2e

-

→ Cu

0

Sumarycznie : Zn + CuSO

4

→

ZnSO

4

+ Cu

12

Inne przykłady

Cynkowo-manganowe:

A: Zn

0

→ Zn

2+

+2e

-

K: 2MnO

2

+ 2H

+

+ 2e

-

→ Mn

2

O

3

+H

2

O

Cynkowo-powietrzne:

A: 2Zn

0

→ 2Zn

2+

+4e

-

K: O

2

+2H

2

O + 4e

-

→ 4OH

-

Litowe Li/CuS, Li/MnO

2

, Li/SOCl

2

A: 2Li

0

→ 2Li+ + 2e-

K: Cu

2+

+ 2e

-

→Cu

0

13

Ogniwa odwracalne: akumulator

ołowiowy

– rozładowanie

Anoda : Pb

0

→ Pb

2+

+ 2e

-

Katoda : PbO

2

+ 4H

+

+2e

-

→ Pb

2+

+ 2 H

2

O

Pb + PbO2 + 2 H2SO4 2 PbSO4 +
2 H2O

14

Ogniwa odwracalne: akumulator

ołowiowy

- ładowanie

Anoda : Pb

2+

+ 2e

-

→ Pb

0

Katoda : Pb

2+

+ 2 H

2

O → PbO

2

+ 4H

+

+2e

-

15

Inne przykłady

•

Niklowo-kadmowy

Cd | KOH | NiOOH | Ni

Cd + 2NiOOH + 2H

2

O

2Ni(OH)

2

+Cd(OH)

2

•

Niklowo-wodorkowy

A: NiOOH + 2H

2

O + e → Ni(OH)

2

+ OH

-

K: H

2

+ 2OH

-

→ 2 H

2

0 +2e

-

•

Niklowo-żelazowy

Fe | KOH | NiOOH | Ni

Fe + 2NiOOH +

2H

2

O

2Ni(OH)

2

+Fe(OH)

2

•

Cynkowo-srebrowy Zn | KOH+K

2

ZnO

2

| AgO |

Ag

2Zn + 2AgO + 4KOH

2K

2

ZnO

2

+ 2Ag +

2H

2

0

rozł

.

ład

.

rozł

.

ład

.

rozł

.

ład

.

16

Ogniwa paliwowe

Ogniwo paliwowe to

ogniwo generujące

energię elektryczną z

reakcji utleniania stale

dostarczanego do niego z

zewnątrz paliwa. W

odróżnieniu od ogniw

galwanicznych, w których

energia wytwarzanego

prądu musi zostać

wcześniej zgromadzona

wewnątrz tych urządzeń,

ogniwa paliwowe nie

muszą być wcześniej

ładowane.

Rys. Bezpośrednie

ogniwo metanolowe

ustawione w

przezroczystym

opakowaniu

17

Ogniwa paliwowe

Rodzaje ogniw
paliwowych

18

Ogniwa paliwowe

– ogniwo wodorowo-tlenowe

(1) - wodór
(2) - przepływ
elektronów
(3) -
ładowanie
(odbiornik
energii)
(4) - tlen
(5) - katoda
(6) - elektrolit
(7) - anoda
(8) - woda
(9) - jony
hydroksylowe

19

Ogniwa paliwowe

– ogniwo wodorowo-tlenowe

20

Ogniwa paliwowe

Najważniejsze zastosowania

:

energetyka,
sondy i statki kosmiczne,
systemy zasilania awaryjnego,
dostarczanie energii w miejscach pozbawionych

dostępu do sieci energetycznej,
urządzenia mobilne – telefony komórkowe,

palmtopy, notebooki,
samochody na wodór,
roboty mobilne – autonomiczne roboty wykonujące

prace serwisowe (sprzątanie) lub transportowe.

21

Ogniwa paliwowe

zalety

:

nie zanieczyszczają powietrza
proces produkcji nie zmienia chemicznej natury

elektrod oraz wykorzystywanych elektrolitów
nie muszą być wcześniej ładowane

wady

:

duży koszt produkcji ogniw
wysoki koszt paliwa do ogniw

ciągle mała sprawność

22

Koniec

23

BIBLIOGRAFIA

J. Kuryłowicz, Elektrochemia, PWN, Warszawa 1980
H. Scholl, T. Błaszczyk, P. Krzyczmonik, Elektrochemia.

Zarys teorii i praktyki, Łódź 1998
W. Libuś, Z. Libuś, Elektrochemia, PWN, Warszawa 1987
H. Drulis, Ogniwa paliwowe: nowe kierunki rozwoju,

Wiadomości Chemiczne, 2005, ISBN: 8322920849

Współczesne chemiczne źródła prądu, prof. dr hab. Andrzej

A. Czerwiński, http://www.wsipnet.pl/kluby/chemia.html?

kto=648&id=5514&par=648
T.J. Chmielniak, Ogniwa paliwowe w układach

energetycznych małej mocy, Instytut Maszyn i Urządzeń

Energetycznych, Politechnika Śląska, Gliwice,

http://www.itc.polsl.pl/centrum/kogen/materialy/art10.pdf

www.wikipedia.pl