К химическим источникам тока, в которых происходит прямое преобразование химической энергии В электрическую, относят гальванические элементы, топливные элементы, аккумуляторы, а также комбинированные источники тока типа топливный элемент — аккумулятор. Эти источники тока, как правило, имеют высокий к.п.д., работают бесшумно, практически не загрязняют окружающую среду.

Гальванические элементы — это первичные химические источники тока, в которых химические реакции необратимы. В простейшем виде элемент представляет собой два электрода из разных металлов, погруженных в раствор электролита. При этом на одном из электродов (катоде) идет реакция растворения материала электрода - или окисления, при которой электрод теряет электроны, отдавая их во внешнюю электрическую цепь.

На другом электроде (аноде) идет реакция восстановления— нейтрализации ионов материала, окружающего электрод, за счет электронов, поступающих с катода по внешней цепи. Разность потенциалов (электродвижущая сила) для различных элементов находится в пределах от 0,85 до 6 В.

В наиболее широко применяемых гальванических элементах (для питания радиоприемников, карманных фонарей и т. д.) положительный электрод представляет собой угольный стержень 1 (рис. 3.2, а) и массу 2 из активированного угля или смеси двуокиси марганца с графитом, а отрицательный — цинковую обкладку 3 в виде стаканчика или чашечки. В качестве электролита чаще всего используется раствор нашатыря.

Галетному (рис. 3.2, б) элементу придана плоская форма, удобная для соединения в батарею. На наружную сторону цинкового электрода 4 нанесен специальный электропроводный слой, не пропускающий электролит. Собранный элемент покрывают тонкой хлорвиниловой пленкой 5. Такое устройство имеет, например, батарея «Крона». Пленочное покрытие изолирует отдельные элементы с боков, препятствует вытеканию электролита, но легко пропускает газы, образующиеся внутри элемента. Масса из активированного угля 6 несколько выступает из галеты для удобного контакта с другой галетой. В этих батареях активный материал используется лучше и полнее, чем у стаканчиковых батарей.

Сухие гальванические элементы поступают потребителю в готовом виде; водоналивные перед употреблением необходимо залить чистой водой.

Напряжение гальванического элемента всегда меньше, чем развиваемая им э.д.с, во-первых, вследствие падения напряжения внутри элемента на его внутреннем сопротивлении, во-вторых, из-за явления поляризации электродов в результате электрохимических реакций, происходящих на поверхности электродов под влиянием проходящего в цепи тока. Например, выделение водорода на катоде и кислорода на аноде сопровождается возникновением потенциалов поляризации, которые направлены навстречу электродным потенциалам и снижают их. •Чтобы уменьшить влияние поляризации на работу элемента, применяют деполяризаторы — вещества, которые принимают на себя водород или кислород, вступают с ними в реакцию и таким образом способствуют снижению потенциала поляризации. В гальванических элементах с угольным электродом в качестве деполяризатора используется двуокись марганца.

Чтобы в электрической цепи получить напряжение, превышающее напряжение одного элемента, элементы соединяют в батарею, включая их последовательно, то есть положительный полюс каждого предыдущего элемента соединяют с отрицательным полюсом последующего (рис. 3.3, а). Общая электродвижущая сила батареи в этом случае равна сумме электродвижущих сил отдельных элементов:

E_об = Е₁ +Е₂ + Е₃ + ... + Е_n.                      (3.1)

Когда элементы одинаковы и их э.д.с. равны, э.д.с. батареи, состоящей из п элементов,

Е_об = n• Е_эл.             .                                    (3.2)

Если по условиям работы в цепи требуется небольшое напряжение, а ток нагрузки — превышающий ток разрядки одного элемента, исполь- зуют батарею из параллельно включенных элементов (рис. 3.3. б), в ко- торой все полюсы одинаковых полярностей соединены между собой. В этом случае э.д.с. всей батареи равна э.д.с. одного из элементов, а заряд увеличивается в п раз, где п — число элементов в батарее.

Цифры в маркировке батарей означают следующее: первые — начальное напряжение батареи в вольтах, последние — начальный электрический заряд батареи в ампер-часах или продолжительность ее работы в часах, если за последней цифрой стоит буква «ч». Первые буквырасшифровывают так: А — анодная, Н — накальная, Ф — фонарная,Т — телефонная, П — приборная, АН — анодно-накальная, АС — анодно-сеточная, СА — слуховой анод ЭВ — для электронной вспышкии т. д. Буквы МЦ свидетельствуют о том, что батарея угольно-марганцово-цинковая, далее — Г — галетная, Ч -— чашечковая. Отсутствие буквы после МЦ указывает на то, что батарея стаканчиковая. Буквами X и Уобозначают соответственно хладостойкую и универсальную (в зависимости от состава электролита) батарею. Летние батареи отличительнойбуквы не имеют.

Гальванические элементы необходимо защищать от коротких замыканий и не рекомендуется проверять «на искру». Напряжение их следуетизмерять под нагрузкой. При отсутствии нагрузки вольтметр покажетэ.д.с., которая не характеризует степени использования батареи.