Электрохимический элемент - это широкое понятие, которое охватывает как гальванические (вольтовы) элементы, так и электролитические. Хотя в обоих типах элементов происходят электрохимические реакции, они отличаются по своей функциональности и назначению. Гальванические элементы генерируют электрическую энергию в результате спонтанных химических реакций, в то время как электролитические элементы используют электрическую энергию для запуска неспонтанных химических реакций, таких как электролиз. Поэтому электрохимическая ячейка - это не только гальваническая ячейка, а скорее электролитическая ячейка - это особый тип электрохимической ячейки, предназначенной для неспонтанных реакций, протекающих под действием внешней электрической энергии.
Ключевые моменты объяснены:
-
Определение электрохимических ячеек:
- Электрохимические ячейки - это устройства, преобразующие химическую энергию в электрическую или наоборот. Они состоят из двух электродов (анода и катода), погруженных в раствор электролита.
- Термин "электрохимический элемент" - это общая классификация, которая включает в себя как гальванические (вольтовы) элементы и электролитические элементы .
-
Гальванические (вольтаические) элементы:
- Эти элементы вырабатывают электрическую энергию в результате спонтанных химических реакций.
- Реакции в гальванических элементах имеют отрицательную свободную энергию Гиббса, что означает, что они протекают естественным образом без притока энергии извне.
- Примером могут служить такие батареи, как щелочные или литий-ионные, которые вырабатывают электричество в результате спонтанных окислительно-восстановительных реакций.
-
Гальванические элементы:
- Эти элементы используют электрическую энергию для приведения в действие неспонтанных химических реакций, таких как электролиз.
- Реакции в электролитических элементах имеют положительную свободную энергию Гиббса, что означает, что для их протекания требуется внешний источник энергии.
- Примерами могут служить гальваника, электролиз воды (для получения водорода и кислорода) и рафинирование металлов, например алюминия.
-
Основные различия между гальваническими и электролитическими элементами:
-
Преобразование энергии:
- Гальванические элементы преобразуют химическую энергию в электрическую.
- Электролитические элементы преобразуют электрическую энергию в химическую.
-
Спонтанность реакции:
- В гальванических элементах происходят спонтанные реакции.
- В электролитических элементах реакции протекают неспонтанно.
-
Внешний источник энергии:
- Гальванические элементы не требуют внешнего источника энергии.
- Электролитические элементы требуют внешнего источника энергии для запуска реакции.
-
Полярность электродов:
- В гальванических элементах анод отрицательный, а катод положительный.
- В электролитических элементах анод положительный, а катод отрицательный.
-
Преобразование энергии:
-
Практическое применение:
-
Гальванические элементы:
- Используются в батареях для портативной электроники, транспортных средств и накопителей возобновляемой энергии.
-
Электролитические элементы:
- Используются в таких промышленных процессах, как рафинирование металлов, нанесение гальванических покрытий и производство водорода.
-
Гальванические элементы:
-
Перезаряжаемые и неперезаряжаемые элементы:
- Перезаряжаемые элементы (например, литий-ионные батареи) могут функционировать как гальванические и электролитические элементы. Они вырабатывают электричество при разрядке (гальванический режим) и заряжаются при подаче внешнего напряжения (электролитический режим).
- Неперезаряжаемые элементы (например, щелочные батарейки) работают только в гальваническом режиме и не могут быть перезаряжены.
-
Топливные элементы:
- Топливные элементы - это тип электрохимических элементов, которые непрерывно вырабатывают электричество при условии подачи топлива (например, водорода) и окислителя (например, кислорода).
- Они отличаются от гальванических и электролитических элементов непрерывной работой и зависимостью от внешних источников топлива.
В целом, все электролитические элементы являются электрохимическими элементами, но не все электрохимические элементы являются электролитическими. Различие заключается в их назначении, спонтанности реакций и процессах преобразования энергии. Понимание этих различий имеет решающее значение для выбора подходящего типа ячейки для конкретных применений, будь то хранение энергии, промышленные процессы или портативные энергетические решения.
Сводная таблица:
Характеристика | Гальванические (вольтаические) элементы | Электролитические элементы |
---|---|---|
Преобразование энергии | Химическая → Электрическая | Электрическая → Химическая |
Реакция Спонтанность | Спонтанный | Неспонтанная |
Внешний источник энергии | Не требуется | Требуется |
Полярность электродов | Анод: Отрицательный, катод: положительный | Анод: Положительный, Катод: Отрицательный |
Применение | Аккумуляторы, портативная электроника | Гальваника, рафинирование металлов |
Нужна помощь в выборе подходящей электрохимической ячейки для вашего применения? Свяжитесь с нашими экспертами сегодня !